第二章機(jī)械系統(tǒng)的部件選擇與設(shè)計(jì)

2023/2/6第三章機(jī)械系統(tǒng)部件與執(zhí)行元件的

選擇與設(shè)計(jì)

3.1概述3.2機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與選擇3.3導(dǎo)向支承部件的設(shè)計(jì)與選擇3.4旋轉(zhuǎn)支承的類型與選擇3.5軸系部件的選擇與設(shè)計(jì)

3.6機(jī)座或機(jī)架2023/2/62.1概述一、機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求：1、要求具有較高的定位精度：重復(fù)定位精度要求高。2、要求具有較高的傳動(dòng)精度：傳動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性要高，傳動(dòng)平穩(wěn)。3、要求具有較高的剛度：動(dòng)力傳遞過程中要求變形要小。4、要求具有良好的動(dòng)態(tài)特性：響應(yīng)速度要求快，較好的穩(wěn)定性。2023/2/6二、針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)要求采取的措施1、盡量減小運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦阻力：利用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。2、縮短傳動(dòng)鏈：傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)副少，傳動(dòng)累積誤差小。3、提高傳動(dòng)與支承剛度：減小變形，以提高傳動(dòng)精度。采用予緊等方法，可提高剛度。如：軸承接觸表面的例子。4、采取消除傳動(dòng)間隙：縮小反向死區(qū)誤差，如消隙齒輪傳動(dòng)等，以提高傳動(dòng)精度。5、選用最佳傳動(dòng)化：減小執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高加速能力。

2.1概述2023/2/62.2機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與選擇2023/2/62.2機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)與選擇一、滾珠絲杠傳動(dòng)二、齒輪傳動(dòng)三、諧波齒輪傳動(dòng)四、同步帶傳動(dòng)2023/2/6

滾珠螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無(wú)間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。

滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其它直線運(yùn)動(dòng)副相比，有下列特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)效率高一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá)90％~95％，耗費(fèi)能量?jī)H為滑動(dòng)絲桿的1/3。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6（2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。（3）工作壽命長(zhǎng)滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度(HRC58—62)、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的4~10倍以上。（4）定位精度和重復(fù)定位精度高由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。

一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6（5）同步性好用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。（6）可靠性高潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。（7）不能自鎖用于垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。（8）制造工藝復(fù)雜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。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/61.工作原理與結(jié)構(gòu)一、滾珠螺旋傳動(dòng)滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)端蓋循環(huán)

插管循環(huán)2023/2/6

絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，則絲杠與螺母之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/62.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法

滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其反向傳動(dòng)精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。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。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6(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(shí)即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度較薄時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6(2)單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）為了補(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其4點(diǎn)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。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6(3)單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）

偏置導(dǎo)程法原理如上圖所示，僅僅是在螺母中部將其導(dǎo)程增加一個(gè)預(yù)壓量Δ，以達(dá)到預(yù)緊的目的。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6

目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。應(yīng)用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無(wú)隙傳動(dòng)；過大將使驅(qū)動(dòng)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(fù)載的1/3。（2）要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/64.滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法

(1)．主要尺寸標(biāo)稱直徑、導(dǎo)程、螺旋升角等。

(2).精度等級(jí)JB316.2—82《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為六個(gè)等級(jí)：C、D、E、F、G、H。C級(jí)最高，H級(jí)最低。(3).標(biāo)注方法不同生產(chǎn)廠家其標(biāo)注方法略有不同，通常用圖2.11格式進(jìn)行標(biāo)注

一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/65.滾珠絲杠副的安裝

絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，對(duì)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)認(rèn)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(shí)，才用向心推力軸承。以下列出了四種典型支承方式及其特點(diǎn)。一、滾珠螺旋傳動(dòng)2023/2/6單推—單推式支承

單推—單推1．軸向剛度較高；2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比方案2低；3．適宜中速、精度高，并可用雙推—單推組合。

2023/2/6雙推—雙推雙推—雙推式支承1．軸向剛度最高；2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高3．適宜高速、高剛度、高精度。2023/2/6雙推—簡(jiǎn)支雙推—簡(jiǎn)支式支承

1．軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預(yù)拉伸安裝；3．適宜中速、精度較高的長(zhǎng)絲杠。

2023/2/6雙推—自由雙推—自由式支承

1．軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預(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。2023/2/6一、滾珠螺旋傳動(dòng)6.制動(dòng)裝置2023/2/61、齒輪傳動(dòng)形式及其傳動(dòng)比的最佳匹配選擇二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的要求（1）齒輪傳動(dòng)比i應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求。（2）對(duì)于用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器：在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，不但要有足夠的剛度，還要求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量??；（3）為減少傳動(dòng)死區(qū)(失動(dòng)量)和低頻振蕩等不利現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)選用齒側(cè)間隙較小、精度較高的齒輪傳動(dòng)副，實(shí)際工作中常采用采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來消除或減小嚙合間隙。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/62．各級(jí)傳動(dòng)比最佳分配原則齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇傳動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。若總傳動(dòng)比較大，又不準(zhǔn)備采用諧波、少齒差等傳動(dòng)，需要確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。單級(jí)傳動(dòng)比增大使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，但大齒輪的尺寸增大會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的輪廓尺寸變大?？砂聪率鋈N原則適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(1)重量最輕原則

對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比滿足，即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)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(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。各級(jí)傳動(dòng)比一般應(yīng)以“先大后小”原則處理。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)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(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則式中：—第k個(gè)齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

—第k個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)軸至第n級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則(3)最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。

如右圖，若不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能不變的原則，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：先小后大原則2023/2/6二、齒輪傳動(dòng)因?yàn)椋核裕杭矗毫羁傻卯?dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時(shí)，所以2023/2/6二、齒輪傳動(dòng)

根據(jù)上述原則并結(jié)合實(shí)際可行性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)精度提出適當(dāng)要求：1、對(duì)于要求體積小、重量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可采用重量最輕原則。2、對(duì)于要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、起停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。3、對(duì)于提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。4、對(duì)于較大傳動(dòng)比的齒輪系，盡量采用混合輪系。2023/2/63齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法

(1)圓柱齒輪傳動(dòng)

(a)偏心套(軸)調(diào)整法如右圖所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(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(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。

齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整2023/2/6(b)軸向墊片調(diào)整法如右圖所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(c)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和另一個(gè)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，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(2)斜齒輪傳動(dòng)消除斜齒輪傳動(dòng)齒輪側(cè)隙的方法與上述錯(cuò)齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開了。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(3)錐齒輪傳動(dòng)(a)軸向壓簧調(diào)整法軸向壓簧調(diào)整法原理如下圖，在錐齒輪4的傳動(dòng)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(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪l之間的齒側(cè)間隙。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6(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)，在大片錐齒輪1上制有三個(gè)周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個(gè)可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動(dòng)螺釘6裝配時(shí)用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。二、齒輪傳動(dòng)2023/2/6

4齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。

二、齒輪傳動(dòng)齒輪齒條的雙齒輪調(diào)隙機(jī)構(gòu)2023/2/6

諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十~幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。1、諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理

三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/6

諧波傳動(dòng)由三個(gè)主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪l、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長(zhǎng)度略大于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長(zhǎng)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，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/6

在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間，柔輪上一點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)與波發(fā)生器上的凸起部位數(shù)是一致的，稱為波數(shù)。常用的有兩波和三波兩種。為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波發(fā)生器波數(shù)(即波發(fā)生器上的滾輪數(shù))的整倍數(shù)，通常取為等于波數(shù)。三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/62、諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算

式中：、、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度；、分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。

(1)當(dāng)柔輪固定時(shí)，，則

三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/6(2)當(dāng)剛輪固定時(shí)，，則設(shè)、

當(dāng)柔輪固定時(shí)，當(dāng)剛輪固定時(shí)三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/63.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(hào)如下圖諧波齒輪減速機(jī)選用說明：(1).樣本中的圖表參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，用戶選型時(shí)需確定以下三項(xiàng)參數(shù)：

（a）傳動(dòng)比或輸出轉(zhuǎn)速（r/min)

（b）減速機(jī)輸入功率（kw)

（c）額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/6(2).如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)分別確定：

工作條件為“恒功率”時(shí)按最低轉(zhuǎn)速選用機(jī)型；工作條件為“恒扭矩”時(shí)，按最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。訂貨時(shí)須說明是否與電機(jī)直聯(lián)，電機(jī)型號(hào)及參數(shù)。(3).選用減速機(jī)輸出功率與輸出扭矩的計(jì)算 式中：P—減速機(jī)額定輸入功率（KW）

T—減速機(jī)額定輸出扭矩（Nm)

KA

—工作情況系數(shù)三、諧波齒輪傳動(dòng)2023/2/6同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件，于1940年由美國(guó)尤尼羅爾(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(jī)針和纏線管的同步傳動(dòng)上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機(jī)械傳動(dòng)上。四、同步帶傳動(dòng)2023/2/61.分類2.同步帶的優(yōu)缺點(diǎn)3.同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸結(jié)構(gòu)4.同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算四、同步帶傳動(dòng)2023/2/61.分類(1)．按用途分

(a)一般工業(yè)用同步帶傳動(dòng)即梯形齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。

(b)高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng)又稱HTD帶(HighTorqueDrive)或STPD帶傳動(dòng)(SuperTorquePositiveDrive)。由于其齒形呈圓弧狀(圖6-2)，在我國(guó)通稱為圓弧齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車)、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。

四、同步帶傳動(dòng)2023/2/6

(2)特種規(guī)格的同步帶傳動(dòng)這是根據(jù)某種機(jī)器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動(dòng)，如工業(yè)縫紉機(jī)用的、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的同步帶傳動(dòng)。

(3)特殊用途的同步帶傳動(dòng)即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。

四、同步帶傳動(dòng)2023/2/62.同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)．工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比

(2)．傳動(dòng)效率高（0.98），節(jié)能效果好

(3)．傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊

(4)．維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低

(5)．能吸振、噪音低、能高速轉(zhuǎn)動(dòng)，惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作。同步帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)：安裝精度要求較高、中心距要求嚴(yán)格、具有一定的蠕變性。四、同步帶傳動(dòng)2023/2/63.同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格

(1)．同步帶結(jié)構(gòu)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。四、同步帶傳動(dòng)2023/2/64.同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)．失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則同步帶傳動(dòng)主要失效形式有：

(a)承載繩斷裂原因是帶型號(hào)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。

(d)其他失效方式帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數(shù)過少引起的帶齒剪切破壞、同步帶背的龜裂、承載繩抽出和包布層脫落等。

在正常的工作條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。在灰塵雜質(zhì)較多的條件下，則應(yīng)保證帶齒的一定耐磨性。四、同步帶傳動(dòng)2023/2/6(2)．同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)的已知條件為：Pm

需要傳遞的名義功率；n1、n2

主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比；(a)

確定帶的設(shè)計(jì)功率；(b)

選擇帶型和節(jié)距；(c)

確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑；(d)

確定同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度、齒數(shù)及傳動(dòng)中心距；(e)

校驗(yàn)同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù)；(f)

確定實(shí)際所需同步帶寬度；(g)

帶的工作能力驗(yàn)算。四、同步帶傳動(dòng)2023/2/61.棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將原動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇運(yùn)動(dòng)，基本要求為移位迅速、過程無(wú)沖擊、停位準(zhǔn)確可靠。五、間歇傳動(dòng)部件

棘爪每往復(fù)一次推過的棘輪齒數(shù)與棘輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下：λ=360°k/Z式中：λ——棘輪回轉(zhuǎn)角(根據(jù)工作要求而定)；

k——棘爪每往復(fù)一次推過的棘輪齒數(shù)；

Z——棘輪齒數(shù)。2023/2/6齒式棘輪機(jī)構(gòu)的形式：五、間歇傳動(dòng)部件可變向棘輪、雙動(dòng)棘輪2023/2/62、槽輪機(jī)構(gòu)：間歇行程為角度五、間歇傳動(dòng)部件2023/2/63、蝸形凸輪機(jī)構(gòu)：間歇行程為角度五、間歇傳動(dòng)部件2023/2/62.3導(dǎo)向支承部件的設(shè)計(jì)與選擇

導(dǎo)向支承部件簡(jiǎn)稱導(dǎo)軌，作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。2023/2/61.導(dǎo)軌副的種類及基本要求導(dǎo)軌副由承導(dǎo)件1和運(yùn)動(dòng)件2兩部分組成（P38，圖47）。一、導(dǎo)軌

按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為

2023/2/61)．按導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的軌跡分類（a）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副支承導(dǎo)軌約束了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的五個(gè)自由度，僅保留沿給定方向的直線移動(dòng)自由度。（b）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副支承導(dǎo)軌約束了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的五個(gè)自由度，僅保留繞給定軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度。2023/2/62)．按導(dǎo)軌副導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類（a）滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副；（b）滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副；（c）流體摩擦導(dǎo)軌副。3)．按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分類（a）開式導(dǎo)軌必須借助運(yùn)動(dòng)件的自重或外載荷，才能保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。開式導(dǎo)軌一般受溫度變化的影響較小。（b）閉式導(dǎo)軌借助導(dǎo)軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，保證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面都能保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。閉式導(dǎo)軌一般受溫度變化的影響較小。一、導(dǎo)軌

2023/2/64)．常用導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式：一、導(dǎo)軌

2023/2/6常用導(dǎo)軌性能比較常用2023/2/6一、導(dǎo)軌

5).導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求（a）導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。影響它的因素有：導(dǎo)軌的幾何精度、接觸精度、結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度、熱變形、裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度規(guī)定：①垂直平面內(nèi)的直線度（縱向直線度）②水平平面內(nèi)的直線度（橫向直線度）③兩導(dǎo)軌間的平行度（扭曲度）2023/2/6（b）耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減小磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。（c）疲勞和壓潰導(dǎo)軌面由于過載或接觸應(yīng)力不均勻而使導(dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)運(yùn)行多次后就會(huì)形成疲勞點(diǎn)，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要原因，為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性。一、導(dǎo)軌

2023/2/6（d）剛度：動(dòng)剛度和靜剛度。導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度及部件之間的相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度。（e）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)。（f）精度的保持性：由耐磨性、潤(rùn)滑和防護(hù)條件決定。（g）對(duì)溫度的敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性：對(duì)溫度的敏感性主要取決于導(dǎo)軌材料和配合間隙。設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意制造、調(diào)整和維修的方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。一、導(dǎo)軌

2023/2/6滑動(dòng)導(dǎo)軌副的基本截面形狀分類一、導(dǎo)軌

矩形對(duì)稱三角形不對(duì)稱三角形燕尾槽圓形凸形凹形2023/2/62、導(dǎo)軌的組合形式：2.1雙三角形導(dǎo)軌組合：特點(diǎn)：導(dǎo)向精度高，能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，精度保持性好。制造、維修困難，工藝性差。多用于精度要求較高的機(jī)床。一、導(dǎo)軌

2023/2/62.2雙矩形導(dǎo)軌組合：特點(diǎn)：接觸剛度較低，承載能力大，制造、維修容易。合理選擇導(dǎo)向面對(duì)導(dǎo)軌的精度影響較大。一、導(dǎo)軌

2023/2/62.3三角形—矩形導(dǎo)軌組合：特點(diǎn)：有較好的導(dǎo)向性和剛性，制造較方便。但只能用于受力向下的場(chǎng)合。一、導(dǎo)軌

2023/2/62.4燕尾形導(dǎo)軌及其組合制造、調(diào)整方便，能承受較大力矩，多用于橫梁、立柱、搖臂。一、導(dǎo)軌

2023/2/63.導(dǎo)軌副間隙調(diào)整為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，要費(fèi)很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)方向上調(diào)整間隙。一、導(dǎo)軌

2023/2/6

常用的調(diào)整方法有壓板和鑲條法兩種方法。對(duì)燕尾形導(dǎo)軌可采用鑲條(墊片)方法同時(shí)調(diào)整垂直和水平兩個(gè)方向的間隙。一、導(dǎo)軌

2023/2/6對(duì)矩形導(dǎo)軌可采用修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行間隙的調(diào)整一、導(dǎo)軌

2023/2/6平鑲條和斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌側(cè)面間隙一、導(dǎo)軌

2023/2/6

導(dǎo)軌的使用壽命：取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法、以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。常用的提高導(dǎo)軌耐磨性的方法有：采用鑲裝導(dǎo)軌、提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度、采用卸荷裝置減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力(即比壓)等（P47，圖2-61）。一、導(dǎo)軌

2023/2/64滾動(dòng)導(dǎo)軌副1)．滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)（1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得：摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好；驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一；與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍；能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度；適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍；能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。一、導(dǎo)軌

2023/2/6（2）承載能力大其滾道采用圓弧形式，增大了滾動(dòng)體與圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導(dǎo)軌的承載能力，可達(dá)到平面滾道形式的13倍。（3）剛性強(qiáng)在該導(dǎo)軌制作時(shí)，常需要預(yù)加載荷，這使導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度得以提高。（4）壽命長(zhǎng)由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的1／50左右，磨損小，因而壽命長(zhǎng)，功耗低。（5）成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”。（6）傳動(dòng)平穩(wěn)可靠由于摩接力小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。（7）具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。（8）導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的耐磨性；心部保持良好的機(jī)械性能。（9）簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。一、導(dǎo)軌

2023/2/62)缺點(diǎn)：（1）剛性和抗振性差：導(dǎo)軌面之間接觸面積小，剛性接觸，不能形成油膜阻尼；（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高；（3）對(duì)臟物較敏感，須有良好的保護(hù)裝置。一、導(dǎo)軌

2023/2/62)．滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的分類（1）按滾動(dòng)體的形狀分類

一、導(dǎo)軌

2023/2/6（2）按導(dǎo)軌截面形狀分類

一、導(dǎo)軌

左上圖所示為四方向等載荷式，導(dǎo)軌截面為矩形，承載時(shí)各方向受力大小相等。梯形截面如右圖所示，導(dǎo)軌能承受較大的垂直載荷，而其它方向的承載能力較低，但對(duì)于安裝基準(zhǔn)的誤差調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。2023/2/6（3）按滾道溝槽形狀分類一、導(dǎo)軌

有單圓弧和雙圓弧二種，見右圖。單圓弧溝槽為二點(diǎn)接觸，如右上圖所示。雙圓弧溝槽為四點(diǎn)接觸，如右下圖所示。前者運(yùn)動(dòng)摩擦和安裝基準(zhǔn)平均作用比后者要小，但其靜剛度比后者稍差。2023/2/62.1滾動(dòng)體不作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌；2.1.1滾珠導(dǎo)軌：滾動(dòng)體為滾珠的滾動(dòng)導(dǎo)軌。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，制造容易。承載能力低，鋼球磨損較快

2023/2/62.1.2滾柱導(dǎo)軌：滾動(dòng)體為滾柱的滾動(dòng)導(dǎo)軌。特點(diǎn)：承載能力大，剛性好。滾柱對(duì)導(dǎo)軌的平面度要求高，制造較困難，為降低導(dǎo)軌面的精度影響，滾柱往往做成腰鼓形。2.1.3滾針導(dǎo)軌：滾動(dòng)體為滾針的滾動(dòng)導(dǎo)軌。與滾柱導(dǎo)軌相比長(zhǎng)徑比較大。圖2-62（49頁(yè)）（c）（g）和（h）特點(diǎn)：滾針尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，同樣長(zhǎng)度上排列的滾針數(shù)多，承載能力大。一、導(dǎo)軌

2023/2/62.2滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌：滾動(dòng)體沿封閉軌道作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌。制成滾動(dòng)導(dǎo)軌塊（滾動(dòng)導(dǎo)軌支承塊），是一個(gè)獨(dú)立組件，已標(biāo)準(zhǔn)化（P51，2-67）。使用時(shí)，根據(jù)載荷大小，行程長(zhǎng)度，選取滾動(dòng)導(dǎo)軌塊的尺寸和數(shù)量。2023/2/64、滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸的選擇：4.1