機電一體化系統(tǒng)機械子系統(tǒng)設(shè)計

第三章機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計機電一體化系統(tǒng)設(shè)計法國人在1770年發(fā)明自行車，木質(zhì)的，腳蹬地方可前進。機械系統(tǒng)1817年，卡爾·德萊斯給自行車多裝了個方向控制器。機械系統(tǒng)1.增加了導(dǎo)向裝置

1842年，索馬斯·麥克米倫為自行車裝上曲棍。機械系統(tǒng)2.增添了變速裝置

機械系統(tǒng)1869年德國斯圖加特出現(xiàn)了由后輪導(dǎo)向和驅(qū)動的自行車，同時車上采用了滾動軸承、飛輪、腳剎、彈簧等部件。3.進行了材質(zhì)及零部件的改進

機械系統(tǒng)1874年英國人勞森在自行車上別出心裁地裝上鏈條和鏈輪

4.增加了傳動裝置

機械系統(tǒng)近代為了操作者的安全和舒適自行車結(jié)構(gòu)進行了變革5.結(jié)構(gòu)形式的改變

機械系統(tǒng)6.傳動裝置與結(jié)構(gòu)的改進

機電一體化中的機械系統(tǒng)全電控制自行車、液壓傳動自行車7.動力的改進

機電一體化中的機械系統(tǒng)機電一體化中的機械系統(tǒng)美軍B-2隱身轟炸機機電一體化中的機械系統(tǒng)B-26轟炸機傳統(tǒng)的車削到數(shù)控車削機電一體化中的機械系統(tǒng)柔性制造單元——FMC機電一體化中的機械系統(tǒng)并聯(lián)機床機電一體化中的機械系統(tǒng)快速原型機RPM及其產(chǎn)品機電一體化中的機械系統(tǒng)未來機床機電一體化中的機械系統(tǒng)工業(yè)機器人機電一體化中的機械系統(tǒng)智能機器人機電一體化中的機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)包括系統(tǒng)的框架和支承結(jié)構(gòu)、機械連接和傳動系統(tǒng)，本章重點介紹傳動系統(tǒng)的特點和設(shè)計方法。機電一體化中的機械系統(tǒng)

對傳動系統(tǒng)的要求：

靜特性：傳動精度

動特性：穩(wěn)定性、快速性、可靠性機電一體化中的機械系統(tǒng)機電系統(tǒng)的控制模型機電一體化中的機械系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)傳動機構(gòu)軸系導(dǎo)向機構(gòu)機座機械系統(tǒng)的構(gòu)成做操機器人1、傳動機構(gòu)

機電一體化機械系統(tǒng)中，傳動機構(gòu)影響系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速性。傳動機構(gòu)機械傳動機構(gòu)的功能功能：傳遞運動(速度、位移)和動力(力、力矩)增速或減速；變速；改變運動規(guī)律或形式動力機的動力傳遞給執(zhí)行機的驅(qū)動力(力矩）1、傳動機構(gòu)2、導(dǎo)向機構(gòu)

支撐和限制運動部件按給定的運動要求和給定的運動方向運動，為機械系統(tǒng)中各運動裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運動提供保障。導(dǎo)向機構(gòu)3、執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)操作指令的要求，在動力源的帶動下完成預(yù)定的操作，一般要求具有較高的靈敏度、精確度、良好的重復(fù)性和可靠性等。執(zhí)行機構(gòu)涂層刀具4、軸系

軸系由軸、軸承及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運動，它直接承受外力。5、機座或機架

支撐其他零部件的基礎(chǔ)部件，它既能承受其他零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準(zhǔn)作用。機電系統(tǒng)機械設(shè)計技術(shù)

機械設(shè)計技術(shù)機械傳動裝置設(shè)計機械結(jié)構(gòu)設(shè)計滾珠絲杠傳動無側(cè)隙齒輪傳動諧波齒輪傳動同步齒形帶傳動膜片彈性聯(lián)軸器導(dǎo)軌設(shè)計支承裝置主軸組件設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計的要求1.高精度機械系統(tǒng)設(shè)計的要求2.良好的穩(wěn)定性抗振動調(diào)心滾子軸承齒輪打印機主軸機械系統(tǒng)設(shè)計的要求3.快速響應(yīng)性質(zhì)量檢驗流水線裝配快速響應(yīng)機械參數(shù)對性能的影響1.負載的變化負載工作負載（外力）慣性負載摩擦負載……匹配執(zhí)行機構(gòu)負載變化機械參數(shù)對性能的影響2.傳動系統(tǒng)的慣性慣性驅(qū)動部件傳動部件執(zhí)行機構(gòu)慣性對系統(tǒng)的影響：傳動系統(tǒng)的起停特性控制的快速響應(yīng)性位移偏差速度偏差機械參數(shù)對性能的影響3.傳動系統(tǒng)的固有頻率式中：k——系統(tǒng)剛度，N/m；m——系統(tǒng)質(zhì)量，kg。機械參數(shù)對性能的影響4.傳動系統(tǒng)中的摩擦與潤滑影響摩擦力傳動精度運動平穩(wěn)性影響摩擦力導(dǎo)軌材料導(dǎo)軌形狀潤滑條件環(huán)境溫度機械參數(shù)對性能的影響5.傳動系統(tǒng)中的間隙影響零件傳動間隙傳動精度運動平穩(wěn)性間隙類型：齒輪傳動的齒側(cè)間隙絲杠螺母的傳動間隙絲杠軸承的軸向間隙聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等什么是失動量？傳動死區(qū)也稱為失動量。斜齒輪傳動機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)技術(shù)發(fā)展水平的限制，機電一體化各種元器件還不能完全滿足需要。導(dǎo)致機械傳動鏈還不能完全取消

為了提高機電一體化系統(tǒng)的傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，要盡可能的減少甚至取消機械傳動鏈，能做到嗎？怎么做到！機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)機械傳動機構(gòu)螺旋傳動齒輪傳動同步帶傳動高速帶傳動各種非線性傳動對機械傳動機構(gòu)的要求：傳動間隙小、精度高低摩擦、體積小、重量輕運動平穩(wěn)、響應(yīng)速度快傳遞扭矩大、高諧振頻率機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)機械傳動機構(gòu)：絲杠螺母齒輪齒輪齒條鏈輪鏈條帶、帶輪纜繩、繩輪杠桿機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)摩擦輪萬向節(jié)軟軸蝸輪蝸桿間歇機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)絲杠螺母滾珠絲杠滑動絲杠絲杠測試機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)齒輪直齒輪斜齒輪齒輪傳動機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)齒輪齒條

具有齒輪傳動的特點，可以實現(xiàn)較大的直線位移，負載能力大，廣泛應(yīng)用于大型機床工作臺的移動驅(qū)動。機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)蝸輪蝸桿滾齒

其特點是傳動比大、輸出軸與輸入軸垂直、結(jié)構(gòu)緊湊、可反向自鎖，傳動效率低。蝸桿傳動機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)錐齒輪斜齒錐齒輪

傳遞空間兩相交軸的運動和動力，傳動平穩(wěn)、承載能力強，適合高速、重載，通常取大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，精度比圓柱齒輪差。錐齒輪錐齒擺桿機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)漸開線行星齒輪擺線針輪行星齒輪諧波齒輪

傳動比范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、傳動精度高、適合于各種傳動，特別是與電機構(gòu)成伺服機組。行星齒輪機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)鏈輪鏈條機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)帶、帶輪機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)纜繩、繩輪可以實現(xiàn)較大的直線位移、重量輕、噪聲小、驅(qū)動力大等特點?？赡墚a(chǎn)生打滑，傳遞運動不精確。應(yīng)用于大型天車、升降機構(gòu)等的移動驅(qū)動。太空電梯

天車機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)杠桿機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)連桿機構(gòu)配氣連桿機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)連桿機構(gòu)中國援助日本62米泵車三一重工

機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)平面四桿機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動副變成移動副機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)取不同的構(gòu)件為機架機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)凸輪機構(gòu)鏈條轉(zhuǎn)動的雙頂置凸輪軸

凸輪機構(gòu)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)摩擦輪機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)萬向節(jié)萬向節(jié)聯(lián)軸器萬向節(jié)機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)萬向節(jié)十字軸式剛性萬向節(jié)1、結(jié)構(gòu)：軸承蓋萬向節(jié)叉滾針軸承安全閥十字軸機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)萬向節(jié)變速器與驅(qū)動橋之間變速器與分動器之間驅(qū)動橋的半軸斷開式驅(qū)動橋的半軸轉(zhuǎn)向軸機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)軟軸行駛操縱推拉軟軸

儀器儀表用軟軸

機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動機構(gòu)間歇機構(gòu)精密間歇穿動機間歇機構(gòu)1槽輪機構(gòu)機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量

它是系統(tǒng)的機械負載，要產(chǎn)生功耗，影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度、靈敏度、固有頻率和阻尼特性。它取決于質(zhì)量的大小和質(zhì)量分布。轉(zhuǎn)動慣量大的影響(1)機械負載增加，功率消耗大；(2)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低；(3)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；(4)電氣驅(qū)動部件的諧振頻率降低，阻尼增大等。轉(zhuǎn)動慣量機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量將傳動系統(tǒng)各個運動部件的轉(zhuǎn)動慣量折算到特定軸（一般是伺服電機軸）上，然后將這些折算的轉(zhuǎn)動慣量包括特定軸自身的轉(zhuǎn)動慣量求和，獲得整個傳動系統(tǒng)對特定軸的等效轉(zhuǎn)動慣量。機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量：

齒輪、聯(lián)軸器、絲杠和軸等接近于圓柱體的零件都可以用上式計算或估算其轉(zhuǎn)動慣量。

轉(zhuǎn)動慣量大對系統(tǒng)造成不良影響，使機械負載變大，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降。積分計算機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量齒輪折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪1：機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量齒輪折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪2：動能守恒機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量齒輪折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪3：機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量齒輪折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：齒輪4：機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量絲杠折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量直線移動工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量：υ:ω=S:2π機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量直線移動工作臺折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：絲杠折算到電機軸上工作臺折算到絲杠上機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量

齒輪齒條傳動時折算到小齒輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量：υ=ωR機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動慣量

工作臺折算到帶傳動驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)動慣量：υ=ωRmωυR已知：電機軸的轉(zhuǎn)動慣量為JM，工作臺及其刀架的質(zhì)量m，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為JS,導(dǎo)程為L,齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量為J1,齒數(shù)為Z1;齒輪2的轉(zhuǎn)動慣量為J2,齒數(shù)為Z2;齒輪3的轉(zhuǎn)動慣量為J3,齒數(shù)為Z3;齒輪4的轉(zhuǎn)動慣量為J4,齒數(shù)為Z4;。試求負載折算到電機軸上總等效慣量Je及電機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量.解：根據(jù)能量守恒定律

阻尼是由于機械系統(tǒng)的傳動件之間的摩擦力而產(chǎn)生的，機械傳動系統(tǒng)可視為帶有阻尼的質(zhì)量—彈簧系統(tǒng)。

阻尼對機械系統(tǒng)的動態(tài)特性的影響

系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度降低；系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越大，精度就降低；系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦?xí)p慢系統(tǒng)的響應(yīng)速度；如果機械系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率低，于是應(yīng)增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和衰減振動。機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼

系統(tǒng)產(chǎn)生振動時，黏性阻尼系數(shù)c

越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。過阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)速度慢臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)快，振蕩衰減慢一般取機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼阻尼比：m—系統(tǒng)質(zhì)量K—系統(tǒng)剛度機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼臨界阻尼：許多大樓內(nèi)房間或衛(wèi)生間的門上在裝備自動關(guān)門的扭轉(zhuǎn)彈簧的同時，都相應(yīng)地裝有阻尼鉸鏈，使得門的阻尼接近臨界阻尼，這樣人們關(guān)門或門被風(fēng)吹動時就不會造成太大的聲響。過阻尼：當(dāng)自動門上安裝的阻尼鉸鏈?zhǔn)归T的阻尼達到過阻尼時，自動關(guān)門需要更長的時間。機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼粘性阻尼系數(shù)的折算計算所有傳動部件的粘性阻尼系數(shù)折算到電機軸上的總等效粘性阻尼系數(shù)c′：機械傳動系統(tǒng)的特性2、阻尼計算所有傳動部件折算到電機軸上的粘性阻尼系數(shù)機械傳動系統(tǒng)的特性3、剛度

剛度是指彈性體抵抗變形的能力，或產(chǎn)生單位彈性變形量所需要的作用力。系統(tǒng)剛度彈性變形變小失動量系統(tǒng)剛度固有頻率增高避免共振系統(tǒng)剛度系統(tǒng)穩(wěn)定性壓桿（a）微小的側(cè)向干擾力（b）干擾力解除后恢復(fù)（c）大于等于壓力的極限值Fcr，不能恢復(fù)原有的直線形狀或失穩(wěn)拉桿當(dāng)受拉桿件的應(yīng)力達到屈服極限或強度極限時，將引起塑性變形或斷裂。拉壓剛度的計算絲杠螺母機構(gòu)的拉壓剛度是由絲杠機構(gòu)的拉壓剛度KL，絲杠螺母副的接觸剛度KN，及絲杠軸承的支承KB三部分組成。

式中：KB

－絲杠軸承的支撐剛度，K’B與絲杠的軸向支承形式有關(guān)，一端軸向支承取K’B

=KB

，兩端軸向支承取K’B

=2KB。

KN絲杠螺母的軸向接觸剛度，與絲杠螺母副的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，絲杠螺母的預(yù)緊可提高軸向接觸剛度。KB和KN均可從產(chǎn)品樣本中查得。拉壓剛度的計算絲杠螺母機構(gòu)的總拉壓剛度K0：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2l－受力點到支撐端的距離，m拉壓剛度的計算（1）一端軸向支撐的絲杠，其拉壓剛度為：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2L－絲杠的全部工作長度，m拉壓剛度的計算當(dāng)工作臺位于距離支撐端最遠位置時（受力點到支撐端的距離最大），絲杠的全部工作長度L都受力，則剛度最?。菏街校篸－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2l－受力點到支撐端的距離，mL－絲杠的全部工作長度，m拉壓剛度的計算（2）兩端軸向支撐的絲杠，其拉壓剛度為：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2L－絲杠的全部工作長度，m拉壓剛度的計算當(dāng)工作臺位于兩支承點的中點位置時

，絲杠的拉壓剛度為最小：式中：d－絲杠的中徑，m

G－材料的剪切彈性模量，N/m2

l－扭矩在絲杠上的作用長度，m絲杠扭轉(zhuǎn)剛度的計算

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

1）采用彈性模量高的材料名

稱

彈性模量E

切變模量G

泊松比μ

GPa

GPa

───────────────────────────────────

鎳鉻鋼

206

79.38

0.25-0.30

合金鋼

206

79.38

0.25-0.30

碳鋼

196-206

79

0.24-0.28

鑄鋼

172-202

0.3

球墨鑄鐵

140-154

73-76

0.23-0.27玻璃

55

22

0.25大理石

55

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

2）合理選擇零件的截面形狀和尺寸

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

3）對齒輪、絲杠、軸承等施加預(yù)緊力

例題：機床傳動系統(tǒng)如下圖所示,電機軸轉(zhuǎn)動慣量JM=0.0032kg.m2,工作臺及刀架質(zhì)量m=600kg,滾珠絲桿中徑d=48mm,導(dǎo)程L=8mm,絲桿總長ls=1.84m,絲桿螺紋有效長度lmax=1.2m,齒輪齒數(shù)分別為Z1=20,Z2=40,Z3=20,Z4=48,模數(shù)2.5,齒寬B=25mm。(絲桿、齒輪材料密度ρ=7.8×103kg/m3)；當(dāng)其為一端軸向支撐絲杠系統(tǒng)時，若預(yù)緊后絲杠支承軸向剛度KB=2.14×109N/m，絲杠螺母間的接觸剛度KN=1.72×109N/m，絲杠的最大工作長度lmax=1.2m，拉壓彈性模量E=2.1×1011N/m2

，剪切彈性模量G=8.1×1010N/m2

，試求1.絲杠螺母系統(tǒng)的最小拉壓剛度和最小扭轉(zhuǎn)剛度。2.絲杠工作臺系統(tǒng)質(zhì)量為600kg，求其縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動的最小固有頻率。

（1）計算絲杠螺母系統(tǒng)的最小拉壓剛度由于絲杠為一端軸向支承，故：則最小拉壓剛度為：（2）系統(tǒng)固有頻率的計算忽略絲杠本身的質(zhì)量，則工作臺縱向振動的最小固有頻率為：最小扭轉(zhuǎn)剛度為：計算負載折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量Je則折算到絲杠軸上的系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量為：

忽略電動機軸和齒輪軸的扭轉(zhuǎn)變形，系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的最小固有頻率為：

電動機軸上的系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量機械傳動系統(tǒng)的特性3、剛度

計算所有傳動部件剛度系數(shù)折算到電機軸上的總等效扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)k。kgksk4k3k2k1v機械傳動系統(tǒng)的特性3、剛度

爬行現(xiàn)象當(dāng)絲杠2作較低的勻速運動時，工作臺3可能會出現(xiàn)一快一慢或跳躍式的運動，這種現(xiàn)象稱為爬行。

機械傳動系統(tǒng)的特性4、摩擦伺服傳動系統(tǒng)中的摩擦力主要產(chǎn)生于導(dǎo)軌副，其摩擦特性隨材料和表面形狀的不同而有很大差別。

1）產(chǎn)生爬行的原因和過程

主動件1做勻速運動時，在彈簧力小于靜摩擦力F時，3不動。當(dāng)彈簧力大于靜摩擦力F時，3開始運動，此時，靜摩擦變?yōu)閯幽Σ?，摩擦阻力突然降低，使?加速向前，產(chǎn)生跳躍式運動。同時彈簧伸長，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3的速度降低，動摩擦力增大，直到3停止運動。由于，主動件1在做勻速運動，從動件的這種反復(fù)跳躍、靜止的現(xiàn)象就稱為爬行現(xiàn)象。

由上述分析可知，低速進給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素：①靜摩擦力與動摩擦力之差，這個差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。②進給傳動系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。③運動速度太低。

2）消除爬行現(xiàn)象的途徑①提高傳動系統(tǒng)的剛度a．提高各傳動件或組件的剛度，減小各傳動軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃咏z杠的直徑，縮短傳動絲杠的長度，減少和消除各傳動副之間的間隙。b．盡量縮短傳動鏈，減小傳動件和彈性變形量c．合理分配傳動比，使多數(shù)傳動件受力小，變形小。

②減少摩擦力的變化a．用滾動摩擦、流體摩擦代替滑動摩擦。如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基本上可以消除爬行。b．選擇適當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。c．降低作用在導(dǎo)軌面的正壓力。如減輕運動部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。d．提高導(dǎo)軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導(dǎo)軌油等都可以減少摩擦力的變化。

傳動誤差指輸入軸單向回轉(zhuǎn)時，輸出轉(zhuǎn)角的實際值相對于理論值的變動量。機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度

回程誤差指輸出軸不能立即隨著輸入軸方向回轉(zhuǎn)，即方向回轉(zhuǎn)時輸出軸產(chǎn)生滯后。傳動精度

不同形式的傳動，達到的精度是不同的。一般來說，圓柱齒輪與斜齒輪機構(gòu)的精度較高，渦輪蝸桿次之，圓錐齒輪則更次之。在行星齒輪機構(gòu)中，諧波齒輪精度最高，漸開線行星齒輪、少齒差行星齒輪機構(gòu)次之，擺線針輪行星齒輪機構(gòu)更次之。機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度

減少傳動誤差的措施提高零部件本身的精度合理設(shè)計傳動鏈采用消隙機構(gòu)5、傳動精度合理設(shè)計傳動鏈交流伺服電動機ABCDEFGH若已知ΔA,ΔB,ΔC,ΔD,ΔE,ΔF,ΔG,ΔH，iAB,

iCD,iEF，iGH求總轉(zhuǎn)角誤差。5、傳動精度合理設(shè)計傳動鏈交流伺服電動機ABCDEFGH若已知ΔAB，ΔEF，ΔGH，ΔCD，iAB,

iCD,iEF,iGH求總轉(zhuǎn)角誤差。交流伺服電動機(a)(b)交流伺服電動機CDABEFGH若ΔAB=ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,

iAB=1.5,

iCD=2,iEF=2,iGH=3ABEFGHDC交流伺服電動機(a)交流伺服電動機(b)CDABEFGH若ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,ΔAB=2ΔiAB=2,

iCD=2,iEF=2,iGH=2ABEFGHDC機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度合理設(shè)計傳動鏈(a)移像器度盤ABCD(b)移像器度盤ABCDB從動ZB120A主動ZA20機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度

方案a中，A為輸入軸，D為輸出軸，ΔCD=ΔAB=Δ問：那種方案好?！痢痢痢痢罿B120ZC1D從動ZD60C主動

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1/6)Δ=(70/60)ΔZD60（a）（b）B從動ZB120A主動ZA20機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度若ΔCD=1.18Δ

ΔAB=Δ×××××ZB120ZC1D從動ZD60ZD60C主動

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1.18+1/60)Δ=(7.18/6)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1.18/6)Δ=(7.18/6)Δ（a）（b）B從動ZB20A主動ZA120機械傳動系統(tǒng)的特性5、傳動精度×××××ZB20ZC1D從動ZD60C主動

ZC1ZA120Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+6)Δ=7ΔZD60（a）（b）若ΔCD=ΔAB=Δ機電一體化系統(tǒng)中常用的執(zhí)行機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動二、齒輪傳動三、諧波齒輪傳動四、同步帶傳動一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)1、工作原理

在絲杠和螺母的螺紋間放置滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿滾道滾動，使絲杠和螺母作相對運動。

在螺母（或絲杠）上有滾珠返回的通道，與滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)運動。

螺桿歷史一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)(a)螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動并移動。(b)絲杠轉(zhuǎn)動，螺母移動。(c)螺母轉(zhuǎn)動，絲杠移動。(d)絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動并移動。一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)(a)單圓弧滾道，其加工成型比較簡單，容易得到較高的加工精度。但接觸角隨間隙及軸向載荷變化，故傳動效率、承載能力和軸向剛度不穩(wěn)定(b)雙圓弧滾道，接觸角基本保持不變，則效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定，滾道加工困難一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)

按滾珠的循環(huán)方式不同：1）外循環(huán)：

多圈一個循環(huán)，在循環(huán)過程中一部分滾珠與絲杠脫離接觸。該形式結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但彎管突出于螺母外部，外形尺寸較大。2、結(jié)構(gòu)形式2）內(nèi)循環(huán)：一圈一個循環(huán)，在循環(huán)過程中滾珠與絲杠始終不脫離接觸。其優(yōu)點是徑向尺寸緊湊，剛性好，因滾道較短，滾珠數(shù)量少、摩擦損失小、傳動效率高。缺點是反向器加工困難。

滾珠從螺紋滾道進入反向器，越過絲杠的牙頂，進入相鄰滾道，形成循環(huán)回路。螺桿介紹3、滾珠絲杠的特點

1）傳動效率高

3）傳動精度高

由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、間隙小，通過預(yù)緊進行預(yù)拉伸以補償熱膨脹。故可達到較高的定位精度。其中：

——中徑處的螺旋升角

——當(dāng)量摩擦角

（8′

-12′）一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達90%-95%。

2）運動具有可逆性

回轉(zhuǎn)運動變直線運動

正傳動

直線運動變回轉(zhuǎn)運動

逆?zhèn)鲃?/p>

同時，通過對螺母施加預(yù)載荷，增加剛度，從而可提高精度。4）磨損小，使用壽命長

滾珠、滾道、絲杠、螺母都經(jīng)過淬火、硬化處理硬度高HRC58-65，高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲杠副的4～10倍以上。

5）不能自鎖

垂直安裝時，當(dāng)運動停止后，螺母在重力作用下下滑，故需設(shè)置專門的制動或鎖緊裝置。6）制造工藝復(fù)雜，成本高：滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。4、滾珠絲杠軸向間隙的調(diào)整

軸向間隙包括兩部分

滾珠與螺母原有的間隙承載時滾珠與滾道彈性變形引起的間隙

當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時，間隙會使運動產(chǎn)生空程，從而影響機構(gòu)的傳動精度。

通常采用雙螺母預(yù)緊的方法消除間隙，提高剛度。

墊片調(diào)隙式

螺紋調(diào)隙式

齒差調(diào)隙式

滾珠絲杠1、墊片調(diào)隙式

通過改變調(diào)整墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。該形式結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機構(gòu)。2、螺紋調(diào)隙式

通過圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。3、齒差調(diào)隙式在兩螺母1、4的凸緣上切制有圓柱外齒，齒數(shù)記為Z

1、Z4

，且Z

4-Z1=1，分別與內(nèi)齒輪2、3嚙合。調(diào)整時先取下內(nèi)齒輪2、3，使兩螺母1、4產(chǎn)生相對位移（即根據(jù)間隙大小，在同方向轉(zhuǎn)一個或幾個齒），然后將內(nèi)齒輪2、3復(fù)位固定，達到消除間隙的目的。產(chǎn)生的軸向位移（即間隙）δ為：

其中：n——螺母同方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)P——絲杠的導(dǎo)程例：若Z1=99，Z4=100，n=1,p=6mm

則δ=p/(Z1Z4)=6mm/9900=0.6μm

該結(jié)構(gòu)調(diào)整的精度高，工作可靠；但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，成本較高。5、預(yù)緊力的施加方法

滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其反向傳動精度。通常采用雙螺母預(yù)緊或單螺母（大滾珠、大導(dǎo)程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。(1)雙螺母預(yù)緊原理

根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式：當(dāng)墊片厚度較厚時即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，當(dāng)墊片厚度較薄時即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”，以消除軸向間隙。(2)單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）

為了補償滾道的間隙，設(shè)計時將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其四點接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力；為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。(3)單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）

偏置導(dǎo)程法原理是在螺母中部，將其導(dǎo)程增加一個預(yù)壓量Δ，以達到預(yù)緊的目的。

目前市場上的滾珠絲杠副的軸向間隙常為0.05mm，而加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。

消除軸向間隙時應(yīng)注意以下兩點：

（1）預(yù)緊力大小必須合適預(yù)緊力過小不能保證無隙傳動；過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。

預(yù)緊力應(yīng)不超過最大軸向負載的1/3。

（2）特別要注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙。這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響。6.

滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法

(1)．主要尺寸

公稱直徑、導(dǎo)程、螺旋升角等。

(2).精度等級

《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為七個等級：1、2、3、4、5、7、10。1級最高，依次遞減。根據(jù)使用范圍，滾珠絲杠副可分為定位P類和傳動T類。

(3).標(biāo)注方法一、滾珠絲杠傳動機構(gòu)實現(xiàn)螺母冷卻后，安裝了滾珠絲杠的機床等便可以實現(xiàn)高速化和高精度化。螺母冷卻滾珠絲杠產(chǎn)品介紹6.滾珠絲杠副的安裝滾動軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。徑向接觸球軸承調(diào)心球軸承推力滾子軸承

6.滾珠絲杠副的安裝滾動軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)當(dāng)滾動軸承同時承受徑向和軸向載荷時，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較小時可選用深溝球軸承。角接觸球軸承圓錐滾子軸承深溝球軸承6.滾珠絲杠副的安裝滾動軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對安裝使用。一般滾子軸承比球軸承的承載能力大，且承受沖擊載荷的能力強。（2）轉(zhuǎn)速一般軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于極限轉(zhuǎn)速。深溝球軸承、角接觸球軸承和圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高，適用于高速運轉(zhuǎn)場合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。（3）支承限位要求固定支承限制兩個方向的軸向位移，可選用能承受雙向軸向載荷的軸承；單向限位支承可選用能承受單方向軸向載荷的軸承；游動支承軸向不限位，可選用內(nèi)、外圈不可分離的向心軸承。雙列圓錐滾子軸承雙列角接觸球軸承（4）調(diào)心性能當(dāng)兩個軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時，應(yīng)選用調(diào)心性能好的調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承。調(diào)心球軸承調(diào)心滾子軸承（5）剛度要求一般滾子軸承的剛度大，球軸承的剛度小。角接觸球軸承、圓錐滾子軸承采用預(yù)緊方法可以提高支承的剛度。（6）其他要求徑向空間受限制的場合可選用滾針軸承或滾針和保持架組件；對軸承振動、噪聲有要求的場合，可選用低噪聲軸承；此外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟性和市場供應(yīng)情況等。磁懸浮軸承排列方式：背對背

載荷作用中心間距大，承受力矩載荷能力強，軸系的角剛度大，適于懸臂軸支承；軸受熱伸長時，軸承不會被卡死，但會使定位預(yù)緊的預(yù)緊量減少。排列方式：面對面

載荷作用中心間距小，軸受徑向載荷后撓度小；此排列結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便；軸受熱伸長時，軸承容易被卡死，因此在安裝中應(yīng)特別注意軸承游隙的調(diào)整。排列方式：串聯(lián)

載荷作用中心處于軸承中心線的同一側(cè)，適于承受較大載荷的支承，為保證兩套或多套軸承軸向受載均勻，需仔細選配軸承內(nèi)外圈寬度。

6.滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠的軸承組合方式、軸承座、螺母座以及其連接剛度，對絲杠副傳動系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，故在設(shè)計、安裝時需認真考慮。

為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時，才使用向心軸承為主的軸承組合。

以下列出了四種典型支承方式及其特點。雙推—雙推1．兩端分別安裝一對推力軸承和深溝球軸承，可以同時承受軸向和徑向載荷，軸向剛度最高；2．預(yù)拉伸安裝時，須加軸向載荷較小，軸承壽命較高3．適宜高速、高剛度、高精度傳動。單推—單推1．兩端分別安裝一個推力軸承和一個深溝球軸承，軸向剛度較高，主要用于承受軸向載荷；2．預(yù)拉伸安裝時，須加軸向載荷較大，軸承壽命比方案（一）低；3．適宜中速、精度較高的傳動系統(tǒng)。

雙推—簡支1．固定端安裝有向心軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷；簡支端用深溝球軸承進行徑向約束，軸向剛度不高；2．固定端可進行預(yù)拉伸安裝；3．適宜中速、精度較高的長絲杠。

雙推—自由1．固定端采用向心軸承和雙向推力軸承組合方式，軸向剛度低；2．固定端可進行預(yù)拉伸安裝；3．適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。

7.滾珠絲杠副的設(shè)計計算

設(shè)計滾珠絲杠副的已知條件：

工作載荷F(N)，或平均工作載荷Fm(N)，使用壽命(h)，絲杠的工作長度(或螺母的有效行程)L(m)，絲杠的轉(zhuǎn)速n

（平均轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速nmax)(r／min)，滾道硬度HRC和運轉(zhuǎn)情況。

一般的設(shè)計步驟及方法如下：(1)．絲杠副的計算載荷Fc(N)

—載荷系數(shù)，按表1選?。?/p>

—硬度系數(shù)，按表2選?。?/p>

—精度系數(shù)，按表3選?。?/p>

—平均工作載荷（N）。載荷性質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)一般運轉(zhuǎn)有沖擊和振動運轉(zhuǎn)1~1.21.2~1.51.5~2.5滾道實際硬度HRC≥58555045401.01.111.562.43.85精度系數(shù)1、23、4571.01.11.251.43—絲杠副的平均轉(zhuǎn)速（r/min）；

(2)．計算額定動載荷

式中：—運轉(zhuǎn)壽命（h）；

—計算載荷（N）。動負載3．根據(jù)滾珠絲杠系列，選擇所需要的規(guī)格，使選所規(guī)格的絲杠副的額定動載荷4．驗算傳動效率、剛度及工作穩(wěn)定性。如不滿足要求，則應(yīng)另選其它型號并重新驗算。

5．對于低速（）傳動，只按額定靜載荷計算即可。

例設(shè)計一數(shù)控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm＝3800N，絲杠工作長度L＝1.2m，平均轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，使用壽命＝15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動精度要求mm。

解：(1)求計算載荷Fc

查系數(shù)(2)根據(jù)壽命條件計算額定動載荷(3)根據(jù)必須的額定動載荷選擇絲杠副尺寸，由查表得如下規(guī)格：規(guī)格型號公稱導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數(shù)動負荷Ca(KN)FFZD5006-550648.9445.9526.4故選FFZD5006-5，其中：

公稱直徑：D0=50mm

導(dǎo)程：p=6mm

螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′

滾珠直徑：d0=4mm

滾道半徑：R=0.52d0=0.52×4=2.08mm

絲杠內(nèi)徑：d1=45.9mm

絲杠的最高轉(zhuǎn)速：nmax=1000r/min(4)穩(wěn)定性驗算：

①如設(shè)為雙推—簡支，因為絲杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：E—絲杠的彈性模量，對鋼

—絲杠危險截面的軸慣性矩

—長度系數(shù)，兩端鉸接時，m故絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡支F—S雙推—雙推F—F安全系數(shù)3~42.5~3.3—長度系數(shù)22/3—臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)1.8753.9274.730

②臨界轉(zhuǎn)速驗證高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的臨界轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速。

臨界轉(zhuǎn)速可按公式計算：所以不會發(fā)生共振。（5）剛度驗算：滾珠絲杠在工作負載F和轉(zhuǎn)矩T共同作用下，引起每個導(dǎo)程的變形量為：

式中：A—絲杠的截面積，(m2)；

—絲杠的極慣性矩，(m4)；

G—鋼的切變模量，對于鋼G=83.3GPa;F—工作載荷(N)P—絲杠的導(dǎo)程(mm)T—轉(zhuǎn)矩（Nm）取工作載荷F等于平均工作載荷Fm，即F=Fm

，則

絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：通常，要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的1/2，即

故絲杠的剛度滿足要求。（6）效率驗算滾珠絲杠副的傳動效率為要求在90%～95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。

經(jīng)上述計算驗證，F(xiàn)FZD5006-5各項性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。二、齒輪傳動系統(tǒng)

齒輪傳動系統(tǒng)的特點

其工藝性好、適用范圍廣、可實現(xiàn)大功率或者高精度傳動，能承載重載、摩擦小、強度大、效率高、傳動平穩(wěn)，不易實現(xiàn)大傳動比、體積較大。傳動比的最佳選擇及其分配分為一級（反向）、二級（同向）、三級（反向）等傳動形式。（1）齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比θm代表電動機的角位移θL代表負載的角位移傳動比的最佳選擇及其分配iMLδαα/i:δ=360°:L

α/i:δ=360°:zt

總傳動比的確定(試湊法)a)對于開環(huán)伺服機械傳動系統(tǒng)，總傳動比為：

i=(α×S)/(360°×δ)傳動鏈末端為絲杠螺母副

i=(α×zt)/(360°×δ)傳動鏈末端為齒輪、齒條式中：α為步進電機步距角，單位：度/脈沖

S為絲杠螺距，單位：mm

δ為脈沖當(dāng)量，單位：mm/脈沖

z為齒輪齒數(shù)，

t為齒輪節(jié)距，t=mπ，單位：mm總傳動比的確定(試湊法)b)對于閉環(huán)伺服機械傳動系統(tǒng)，總傳動比為：

i=(nmax×S)/vmax

傳動鏈末端為絲杠螺母副

i=(nmax×tz)/vmax

傳動鏈末端為齒輪、齒條式中：nmax伺服電機額定轉(zhuǎn)速，單位：r/min

S為絲杠螺距，單位：mm

vmax工作臺最大移動速度，單位mm/min

z為齒輪齒數(shù)，

t為齒輪節(jié)距，t=mπ，單位：mm最佳總傳動比的確定首先把傳動系統(tǒng)中的工作負載、慣性負載和摩擦負載綜合為系統(tǒng)的總負載，方法有：a)峰值綜合法：若各種負載為非隨機性負載，將各負載的峰值取代數(shù)和。b)均方根綜合法：若各種負載為隨機性負載，取各負載的均方根。負載綜合時，要轉(zhuǎn)化到電機軸上，成為等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩或等效均方根綜合負載轉(zhuǎn)矩。使等效負載轉(zhuǎn)矩最小或負載加速度最大的總傳動比，即為最佳總傳動比。JmTmθmiJLTcTfθLMGL

上圖為傳動系統(tǒng)計算模型。轉(zhuǎn)子慣量為Jm、輸出轉(zhuǎn)矩為Tm的伺服電機通過齒輪系，其折算的電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為Je

，帶動慣量為JL

、工作負載轉(zhuǎn)矩為Tc

、摩擦負載轉(zhuǎn)矩為Tf的負載。設(shè)齒輪系的傳動效率為η，傳動比為i。JmTmθmiJLTcTfθLMGL1、負載加速度最大的總傳動比

Tc和Tf

折算到電機軸上分別為:Tc/i

和Tf/i

、JL折算到電機軸上為:JL/i2

。2、等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動比令峰值綜合工作負載轉(zhuǎn)矩和摩擦負載轉(zhuǎn)矩分別為Tcp和Tfp

、換算到電機軸上的等效峰值負載轉(zhuǎn)矩為Temp，則：2、等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動比與之對應(yīng)的等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩的最小值為：此時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：3、等效均方根綜合負載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動比令均方根綜合工作負載轉(zhuǎn)矩和摩擦負載轉(zhuǎn)矩分別為TcR和TfR，折算到電機軸上的等效均方根綜合負載轉(zhuǎn)矩為TemR，則：

（2）總傳動比分配齒輪系統(tǒng)的總傳動比確定后，根據(jù)對傳動鏈的技術(shù)要求，選擇合理的傳動方案，使驅(qū)動部件和負載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達到合理匹配。需要確定傳動級數(shù)，并在各級之間分配傳動比?？砂聪率鋈N原則適當(dāng)分級，并在各級之間分配傳動比。二、齒輪傳動1)

最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則利用該原則所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)，換算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。

如圖，簡化假設(shè)傳動效率100%，各主動小齒輪轉(zhuǎn)動慣量相同，不計軸和軸承的轉(zhuǎn)動慣量，各齒輪均為同寬度同材料的實心圓柱體，等效到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：即：令:可得對于n級齒輪系作同類分析可得：

按此原則計算的各級傳動比是按“先小后大”的次序分配的，故可使其結(jié)構(gòu)緊湊。

例如：有i=80，n=4的小功率傳動系統(tǒng)，試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。解得：(2)質(zhì)量最輕原則

對于小功率傳動系統(tǒng)，使各級傳動比滿足，即可使傳動裝置的重量最輕。注意：上述結(jié)論對于大功率傳動系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級增加的情況，此時應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗、類比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進行綜合考慮。(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機電系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)運動精度，各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動系統(tǒng)中各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則式中：

—第個K齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

—第K個齒輪的轉(zhuǎn)軸至第n級輸出軸的傳動比各級傳動比設(shè)計原則：1、對于要求體積小、質(zhì)量輕的齒輪傳動系統(tǒng)可用質(zhì)量最輕原則。2、對于要求運動平穩(wěn)、啟動頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按等效轉(zhuǎn)動慣量最小和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。3、對于以提高傳動精度和減小回程誤差為主的傳動齒輪系，按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。4、對以較大傳動比傳動的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系巧妙地結(jié)合為混合輪系。5、對于傳動比相當(dāng)大并且要求傳動精度與傳動效率高、傳動平穩(wěn)、體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)，可選用新型的諧波齒輪傳動。3齒輪傳動間隙的調(diào)整方法

(1)

圓柱齒輪傳動

(a)

偏心套(軸)調(diào)整法

將電機2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)動，可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點：結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補償。

(b)軸向墊片調(diào)整法齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，利用軸向墊片3使齒輪1沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。特點：結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補償。

(c)雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法

將相嚙合一個齒輪做成兩個薄齒輪，另外一個為厚齒輪。

工作時，通過彈簧力，使一個薄齒輪的左齒側(cè)、另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙。此法使得齒輪在反向回轉(zhuǎn)時，不會出現(xiàn)死區(qū)。(2)錐齒輪傳動

(a)軸向壓簧調(diào)整法

在錐齒輪4的傳動軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側(cè)間隙。

(b)周向彈簧調(diào)整法

將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片(1、2)，大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯齒，從而達到消除間隙的目的。三、諧波齒輪傳動特點：1、傳動比大、范圍寬2、承載能力高3、傳動精度高5、傳動平穩(wěn)6、結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕7、傳動效率高8、具有通過密封壁傳動能力9、成本高行星齒輪

諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大(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、效率高等優(yōu)點.

故在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。

諧波齒輪傳動的工作原理以通用諧波減速器為例，由于柔輪比剛輪的齒數(shù)少2個，所以當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動一周時，柔輪向相反方向轉(zhuǎn)過兩個齒的角度，從而實現(xiàn)了大的傳動比。三、諧波齒輪傳動諧波齒輪諧波傳動

諧波傳動由三個主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。三、諧波齒輪傳動⑴當(dāng)橢圓形的波發(fā)生器3裝入柔輪2內(nèi)孔時，由于3的總長度略大于2的內(nèi)孔直徑，故柔輪2變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪2與剛輪1輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同時在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。⑵至于其余各處，則視柔輪2回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。

⑶當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪2長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪2與剛輪1之間就產(chǎn)生了相對位移，從而傳遞運動。

諧波齒輪傳動是行星齒輪傳動的一種變型，波發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，而剛輪相當(dāng)于中心輪內(nèi)齒圈。單級諧波齒輪傳動的傳動比計算有兩種情況：

一種是剛輪固定，波發(fā)生器輸入、柔輪輸出，傳動比為：

一種是柔輪固定，波發(fā)生器輸入、剛輪輸出，傳動比為：

當(dāng)柔輪齒數(shù)Zr=200，剛輪齒數(shù)Zg=202時，分別求出當(dāng)剛輪固定柔輪輸出和柔輪固定剛輪輸出時的傳動比。

剛輪固定柔輪輸出的傳動比為：

柔輪固定剛輪輸出的傳動比為：諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用常見的諧波齒輪減速器標(biāo)記代號如下圖XB180-100-1-3/3三、諧波齒輪傳動產(chǎn)品代號，XB1為單級臥式諧波減速機精度等級最大空轉(zhuǎn)小于3分最大傳動誤差小于3分1為整機，2為三大件減速比為10080機型，柔輪內(nèi)徑為80mm諧波齒輪減速機選用1、首先確定產(chǎn)品類型，無特殊要求的情況下，盡量選用XB1系列，如軸向尺寸要求小，選用XB3，大傳動比選XB2或串聯(lián)XB1。

2、根據(jù)樣本中的圖表參數(shù)選型時需確定以下三項參數(shù)：

（a）傳動比或輸出轉(zhuǎn)速（r/min)

（b）減速機輸入功率（kw)

（c）額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)

3、如減速機輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機型號時應(yīng)分別確定：

工作條件為“恒功率”時按最低轉(zhuǎn)速選用機型；工作條件為“恒扭矩”時，按最高轉(zhuǎn)速選用機型。諧波齒輪減速機選用

4、選用減速機輸入功率Pr與輸出扭矩Tc的計算:諧波齒輪減速機選用P

—減速機額定輸入功率（KW）T

—減速機額定輸出扭矩（N.m）K

—工況系數(shù)（見下表）

工況系數(shù)K值表諧波齒輪減速機選用諧波齒輪減速機選用5、減速機輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時，需要校驗軸伸的懸臂負荷Fc，校驗公式為：T—減速機額定輸出扭矩（N.m）

K

—工況系數(shù)D—齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑(m)ξ—懸臂負荷系數(shù)（齒輪ξ=1.5；鏈輪ξ=1.2；三角皮帶輪ξ=2；平皮帶輪ξ=2.5)諧波總介四、同步帶傳動

同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件。其于1940年由美國尤尼羅(Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。

1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機針和繞線管的同步傳動上，取得顯著效益，以后被逐漸引用到其他機械傳動上。同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格:

如下左圖所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。工業(yè)用同步帶帶輪形狀如下右圖所示。承載繩：用于傳遞動力和保持節(jié)距不變，采用抗拉強度較高、伸長率較小的材料制造。鋼絲玻璃纖維芳香族聚酰胺纖維帶齒與帶背：帶齒直接與帶輪嚙合，要求剪切強度和耐磨性高，耐熱性和耐油性好。背帶用于連接和包覆承載繩，要求柔韌性和抗彎強度高，與承載繩的粘結(jié)性好。氯丁橡膠

聚氨酯橡膠

同步帶輪：同步帶輪參數(shù)為規(guī)格型號、齒數(shù)、帶輪內(nèi)孔、鍵槽、寬度、是否帶擋圈等尺寸。鋼鋁合金鑄鐵黃銅四、同步帶傳動1.同步帶的類型

(1)．按用途分：(a)一般工業(yè)用同步帶傳動：齒形呈梯形，主要用于各種中、小功率機械。(b)高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動：齒形呈圓弧形，主要用于重型機械的傳動(c)特種規(guī)格同步帶傳動：滿足某種機械（如汽車發(fā)動機）的特殊需要。(d)特殊用途同步帶：適應(yīng)特殊工作條件，如耐油、耐溫、高電阻、低噪聲、特殊尺寸等。四、同步帶傳動(2)．按齒形分：(a)梯形齒：為ISO及我國目前的同步帶標(biāo)準(zhǔn)齒形，型號及齒形參數(shù)均以標(biāo)準(zhǔn)化。(b)圓弧齒：目前有各國企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步正產(chǎn)生國際和我國國家標(biāo)準(zhǔn)。四、同步帶傳動(3).按規(guī)格分(a)模數(shù)制：基本參數(shù)是模數(shù)m(d=mz=pz/π)，根據(jù)模數(shù)確定帶的各種型號和結(jié)構(gòu)參數(shù)。60

年代以來，應(yīng)用范圍逐漸減少。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國仍采用模數(shù)制。(b)節(jié)距制：基本參數(shù)是英制帶齒節(jié)距，根據(jù)節(jié)距確定相應(yīng)型號和結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算單位由英制換算，目前為ISO及我國國家標(biāo)準(zhǔn)。(3)DIN公制節(jié)距

DIN(DeutschesInstitutfǖrNormung)德國國家標(biāo)準(zhǔn)。

DIN米制節(jié)距是德國標(biāo)準(zhǔn)制定的同步帶傳動規(guī)格。其主要參數(shù)為帶齒節(jié)距，但標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計量單位為公制。在我國，由于德國進口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國也有應(yīng)用。2.同步帶傳動的優(yōu)點(1)．工作時無滑動，有準(zhǔn)確的傳動比(2)．傳動效率高，可達98%，節(jié)能效果好(3)．傳動比范圍大，可達10左右，結(jié)構(gòu)緊湊(4)．維護保養(yǎng)方便，運轉(zhuǎn)費用低(5)．惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作缺點：中心距要求及其嚴(yán)格，安裝困難制造工藝復(fù)雜制造成本高四、同步帶傳動4.同步帶的設(shè)計

(1)．失效形式和計算準(zhǔn)則同步帶傳動主要失效形式有：

(a)

承載繩斷裂原因是帶型號過小和小帶輪直徑過小等。

(b)

爬齒和跳齒原因是同步帶傳遞的圓周力過大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過大、帶的初拉力過小等。

(c)

帶齒的磨損原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過大等。在正常的工作條件下，同步帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強度。型號節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)角度β°MXL2.0320.511.1440XL5.0801.272.3050L9.5251.913.6040H12.702.294.3040XH22.2256.3511.2040XXH31.7509.5315.7040梯形齒規(guī)格型號標(biāo)記型號節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)角度β°T2.52.50.71.3040T551.202.2040T10102.504.5040T20205.008.0040AT551.202.7050AT10102.505.0050AT20205.008.0050T形齒規(guī)格型號標(biāo)記齒型代號型號節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)HTD2M20.751.363M31.172.45M52.063.88M83.366.0014M146.0210.0020M208.413.20HTD齒規(guī)格型號標(biāo)記(2)．同步帶傳動的設(shè)計計算步驟設(shè)計同步帶傳動的已知條件為：

Pm需要傳遞的名義功率；

n1、n2主從動輪的轉(zhuǎn)速或傳動比；1、確定帶的設(shè)計功率Pd工作機原動機普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式、直流電機（并激）同步電動機、多缸內(nèi)燃機大轉(zhuǎn)矩電機、直流電機（復(fù)激、串激）單缸內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時間運轉(zhuǎn)時間斷續(xù)使用每日3~5h普通使用每日8~10h斷續(xù)使用每日16~24h斷續(xù)使用每日3~5h普通使用每日8~10h斷續(xù)使用每日16~24hK1復(fù)印機、計算機、醫(yī)療設(shè)備1.01.21.41.21.41.6清掃機、縫紉機、辦公機械1.21.41.61.41.61.8數(shù)控機床、造紙機、印刷機1.41.61.81.61.82.0攪拌機、壓縮機、牛頭刨床1.51.71.91.71.92.1輸送機、鼓風(fēng)機、紡織機械1.61.82.01.82.02.2離心機、粉碎機、輸送機1.71.92.11.92.12.3陶土機械、礦山用混料機等1.82.02.22.02.22.4增速比系數(shù)K21.00~1.2401.25~1.740.11.75~2.490.22.50~3.490.3≥3.500.4壓緊輪的位置系數(shù)K3松邊內(nèi)則0松邊外側(cè)0.1緊邊內(nèi)側(cè)0.1緊邊外側(cè)0.2張緊輪修正系數(shù)增速傳動修正系數(shù)2、選擇帶型和節(jié)距Pb

依照同步帶選型圖確定帶型與節(jié)距，選型圖水平坐標(biāo)為帶的設(shè)計功率Pd(kw)垂直坐標(biāo)為小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)。若所得交點落在兩種節(jié)距的分界線上，則盡可能選擇較小的節(jié)距。3

、確定帶輪齒數(shù)z和節(jié)圓直徑d

根據(jù)《最小帶輪選用齒數(shù)》確定小帶輪最少齒數(shù)z1，若傳動布置和帶速許可，則z1應(yīng)取大些。大帶輪齒數(shù):z2=z1×i

小帶輪節(jié)圓直徑:d1=Pb×z1/π

大帶輪節(jié)圓直徑:d2=d1×i

同步帶傳動速度:v=πd1n1/(60×1000)

帶限制速度：MXL~L型，40~50m/sH型，35~40m/sXH、XXH型，25~30m/s小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)帶型號MXLXXLXLLHXHXXH帶輪最小許用齒數(shù)<900——1012142222900~<1200121210121624241200~<1800141412141826261800~<3600161612162030—3600~<48001818151822——帶輪最小許用齒數(shù)4、同步帶的節(jié)線長度Lp、齒數(shù)zb及傳動中心距C

式中C為傳動中心距，初選按下式選?。?/p>

計算出的節(jié)線長度Lp應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度圓整為L0，同步帶齒數(shù)zb根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度計算：

此時傳動中心距C為：5、校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)zm：6、確定實際所需同步帶寬度bs：(1)計算所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率P0：式中：Ta為各種型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用圓周力(N)。

m為各種型號同步帶的單位長度質(zhì)量(kg/m)。

v為同步帶傳動速度(m/s)。(2)計算嚙合系數(shù)Kz：當(dāng)zm≥6，Kz=1；當(dāng)zm＜6，Kz=1-0.2(6-zm)查(3)計算齒寬系數(shù)Kω：

Kω=(bs/bs0)1.14；

bs0為基準(zhǔn)帶寬。(4)確定實際所需同步帶寬度bs：

所得的bs按標(biāo)準(zhǔn)帶寬圓整，如超過原選帶寬，則需重新設(shè)計。7、帶的工作能力驗算將以上各值代入同步帶額定功率P的精確計算公式。若計算得P≥Pd即為合格。帶型號基準(zhǔn)寬度bs0(mm)作用圓周力Ta(N)單位長度質(zhì)量m(kg/m)MXL6.4270.007XXL6.4310.010XL9.550.170.022L25.4244.460.095H76.22100.850.448XH101.64048.901.484XXH127.06398.032.473基準(zhǔn)寬度下許用圓周力和單位長度質(zhì)量同步帶傳動的選型與計算實例

設(shè)計一精密車床的梯形齒同步帶傳動,已知電機額定功率Pm=5.5kw，額定轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳動比i=2.4，軸間距約為450mm，每天工作8小時，設(shè)計選型梯形同步帶。1、確定設(shè)計功率同步帶傳動的選型與計算實例2、選定帶型和節(jié)距設(shè)計功率10.56kw,額定轉(zhuǎn)速1440r/min,則：H型梯形齒同步帶，節(jié)距Pb=12.7mm同步帶傳動的選型與計算實例3、選擇小帶輪齒數(shù)

Zmin=18，故取Z1=204、確定小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pb×Z1／π=12.7×20/π=80.85mm5、確定大帶輪齒數(shù)Z2=iZ1=2.4×20=486、確定大帶輪的節(jié)圓直徑d2=Pb×Z2／π=194.04mm同步帶傳動的選型與計算實例同步帶傳動的選型與計算實例7、確定帶速v=(πd1n1)/(60×1000)=(π×80.85×1440r/min）/(60×1000)=6.1m/s8、確定初帶長已知軸間距約為450mm同步帶傳動的選型與計算實例9、同步帶齒數(shù)Zb=Lp/Pb=1338.91/12.7=105.43，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長L0=1333.50，取Zb=10510、計算實際中心距同步帶傳動的選型與計算實例11、計算小齒輪嚙合齒數(shù)同步帶傳動的選型與計算實