機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)

機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計要遵循機(jī)電結(jié)合、機(jī)電互補(bǔ)的原則，滿足高精度、快速響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。具體包括兩大部分的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動裝置的設(shè)計，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。機(jī)械設(shè)計技術(shù)機(jī)械傳動裝置設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計滾珠絲杠傳動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3.1機(jī)械傳動裝置概述一、傳動裝置功能及性能要求功能：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(jī)的動力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動力(力矩）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動裝置是伺服系統(tǒng)的一部分，通過控制裝置，使機(jī)械傳動部分與伺服電動機(jī)的動態(tài)特性相匹配，并且滿足傳動精度、定位精度高，響應(yīng)速度快，速度的穩(wěn)定性好。

性能要求滿足以下幾個方面：

1、轉(zhuǎn)動慣量（J）小轉(zhuǎn)動慣量是在轉(zhuǎn)動過程中一個剛體表現(xiàn)出來的慣性

轉(zhuǎn)動慣量大對系統(tǒng)造成不良影響，使機(jī)械負(fù)載變大，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降，但是J小不應(yīng)影響機(jī)械系統(tǒng)的剛度。2、剛度（K）大

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。大的剛度對機(jī)械系統(tǒng)是有利的，可增大機(jī)構(gòu)固有頻率，不易產(chǎn)生共振，增加伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處：

（1）可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動量），有利于提高傳動精度；（2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于提高系統(tǒng)的抗振性；（3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

1）采用彈性模量高的材料；

2）合理選擇零件的截面形狀和尺寸；

3）對齒輪、絲杠、軸承等施加預(yù)緊力。mK=w3、阻尼（B）合適

系統(tǒng)產(chǎn)生振動時，B越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。阻尼比為：mKB2=x過阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取1>x1=x1<x8.04.0<<x使自由振動衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱之為阻尼

阻尼對機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性的影響:阻尼越大,系統(tǒng)的回程誤差增大,定位精度降低.低速運行的滑動導(dǎo)軌容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象.降低機(jī)械性能.系統(tǒng)的粘性阻尼摩擦越大,使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差增大,精度降低.系統(tǒng)的阻尼摩擦對系統(tǒng)快速響應(yīng)性產(chǎn)生不利影響如果系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大,則系統(tǒng)固有頻率較低,此時應(yīng)增大系統(tǒng)粘性阻尼,以減小振幅和衰減振動.欠阻尼:系統(tǒng)的輸出響應(yīng)的速度快,但振幅大,振蕩衰減慢.臨界阻尼:系統(tǒng)輸出響應(yīng)不發(fā)生振蕩,且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度較快.四、摩擦減小靜摩擦和動摩擦的差值五、固有頻率提高固有頻率（提高剛度、降低慣性）六、間隙減小間隙，避免死區(qū)誤差七、傳動精度傳動鏈的傳動誤差影響系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性.減小傳動鏈誤差措施提高零件本身制造精度合理設(shè)計傳動鏈合理選擇傳動類型合理確定傳動級數(shù),合理分配傳動比合理布置傳動鏈采用消除間隙機(jī)構(gòu)例已知齒輪傳動比iba=6,蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動比idc=60，試分析兩種傳動方案的傳動精度ABCDCDAB二、機(jī)械傳動系統(tǒng)的主要特性計算在選擇電機(jī)、設(shè)計伺服控制系統(tǒng)時，往往要根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行選取和設(shè)計。等效轉(zhuǎn)動慣量：傳動系統(tǒng)中的各運動部件的轉(zhuǎn)動慣量折算到特定軸上的轉(zhuǎn)動慣量。一般計算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量。等效轉(zhuǎn)動慣量計算的基本原理：動能相等原則1.轉(zhuǎn)動慣量的計算:

b)平動的工作臺，折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量

a)圓柱體轉(zhuǎn)動慣量c)齒輪齒條中，工作臺折算到齒輪軸上的轉(zhuǎn)動慣量d)相鄰兩傳動軸1、2，設(shè)其傳動比為i1-2，2軸向1軸轉(zhuǎn)動慣量的折算：e鋼帶傳動工作臺等效轉(zhuǎn)動慣量m2vJ=mw2、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。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粒Σ磷枇ν蝗唤档?，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(jìn)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(jìn)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，減小傳動件數(shù)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。三、傳動裝置的類型按工作原理分為：嚙合傳動(齒輪傳動、齒形帶傳動)摩擦傳動(帶傳動、鋼絲繩傳動)推動傳動(凸輪連桿機(jī)構(gòu))機(jī)械傳動

液壓傳動氣壓傳動液力傳動流體傳動

交流電力傳動直流電力傳動交、直流電力傳動電力傳動

磁力傳動

一、滾珠絲杠副的工作原理及結(jié)構(gòu)1.滾珠絲杠副的工作原理螺旋傳動2.絲杠螺母副傳動形式五種傳動方式：（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動（2）絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動（3）螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動（4）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動（5）差動傳動方式3.2滾珠絲杠傳動裝置2SLap=（e）圖3-1絲杠螺母副傳動方式3.滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型

（1）根據(jù)滾道截面形狀（a）單圓?。╞）雙圓弧圖3-2絲杠螺母副螺紋滾道法截面形狀單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡單，磨削螺紋滾道的砂輪成型比較簡易,易于獲得較高的加工精度,但其接觸角隨著軸向負(fù)載的大小不同,因此傳動效率,承載能力、剛度不穩(wěn)定雙圓弧滾道：接觸角基本保持不變，因此傳動效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定。3.滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型

（2）根據(jù)滾珠循環(huán)方式圖3-3內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖3-4外循環(huán)結(jié)構(gòu)（a）螺旋槽式外循環(huán)（b）插管式外循環(huán)

（c）端蓋式外循環(huán)二、滾珠絲杠的特點1、傳動效率高其中：

中徑處的螺旋升角

當(dāng)量摩擦角

（

）一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達(dá)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>

3、傳動精度高

精度軸向定位精度進(jìn)給精度誤差：λj)(jllh+=tgtg0035.00025.0-==jmtg218￠-￠mmm300/4m4、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HRC58-65。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，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)在兩個方向上的運動特性不同。解決方法：（1）設(shè)置制動裝置（2）加配重平衡運動部分重力圖3-5絲杠垂直安裝結(jié)構(gòu)方案6、制造工藝復(fù)雜，成本高

三、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(jī)構(gòu)的傳動精度。

通常采用以下方法消除間隙，提高剛度。

五種結(jié)構(gòu)形式：

墊片調(diào)隙式

螺紋調(diào)隙式

齒差調(diào)隙式

變位螺距調(diào)隙式彈簧自動調(diào)隙式1、墊片調(diào)隙式

調(diào)整墊片厚度，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，但僅適用于高剛度、重載荷一般精度機(jī)構(gòu)。圖3-6雙螺母墊片調(diào)隙式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。但不能精確定量調(diào)整，可靠性差。圖3-7雙螺母螺紋調(diào)隙式3、齒差調(diào)隙式

兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數(shù)Z

1、Z2

且Z

2-Z1=1，分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時先取下內(nèi)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對位移（即在同方向轉(zhuǎn)過一個齒或幾個齒，根據(jù)間隙大?。?，然后將內(nèi)齒輪復(fù)位固定，達(dá)到消除間隙的目的。產(chǎn)生的軸向位移（即間隙）δ為：其中：n為螺母同方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)p為絲杠的導(dǎo)程圖3-8雙螺母齒差調(diào)隙式npZZ)11(21-=d例：若Z1=99，Z2=100，n=1,p=6mm

則δ=0.6μm

該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，但是調(diào)整的精度高，工作可靠。4、變位螺距調(diào)隙式

預(yù)緊力的大小由±ΔL和滾珠直徑?jīng)Q定。結(jié)構(gòu)最簡單、尺寸最緊湊，價格低廉。缺點是不便于隨時調(diào)整。5、彈簧自動調(diào)隙式能夠自動消除使用過程中由于磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向剛度低。圖3-9單螺母變位調(diào)隙式圖3-10彈簧自動調(diào)隙式消除軸向間隙時應(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(fù)載的1/3。最大載荷不能確定時F預(yù)=額定動載荷*預(yù)加載荷類型系數(shù)（輕載荷0.05中載荷0.075重載荷0.1

（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。四、滾珠絲杠的主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法1、主要尺寸公稱直徑（滾珠中心圓直徑）

D0（mm）導(dǎo)程(或螺距)p（mm）螺旋升角

λ（°）滾珠直徑

d0(mm)螺紋滾道半徑

R(mm)此外還有：絲杠外徑、絲杠內(nèi)徑、螺母外徑、螺母內(nèi)徑等。2、精度等級

根據(jù)JB316.2-91《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為5個等級：1、2、3、4、5級（有的參考書稱7個等級，另外有7、10級），1級最高，5級最低。JB316.2-82標(biāo)準(zhǔn)，分為C、D、E、F、G、H六個精度等級，

一般動力傳動選4、5級或F、G、H

數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)械或儀器選1、2、3級或C、D、E滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度的標(biāo)注方法如圖所示：例：1、FFB-60×6-5-E2左

(漢江機(jī)床廠)

螺紋旋向，右旋不標(biāo)檢查項目編號精度等級滾珠總?cè)?shù)基本導(dǎo)程公稱直徑預(yù)緊方式循環(huán)方式外形結(jié)構(gòu)特征×3、標(biāo)注方法

表3-1滾珠絲杠副主要尺寸及計算公式表3-3滾珠絲杠副選用參考表3-4滾珠絲杠副選用參考表3-5滾珠絲杠型號含義五、滾珠絲杠支承方式的選擇和設(shè)計計算1、支承方式的選擇

為保證滾珠絲杠副傳動的剛度和精度，應(yīng)選擇合適的支承方式，選用軸承組合，一般常用推力軸承和向心球軸承。

四種典型的支承方式：

固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用圓錐滾子軸承兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸、徑向載荷固定端裝深溝球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徑向約束圖3-11滾珠絲杠典型的支承方式典型支承方式圖3-12單推-單推支承方式典型支承方式圖3-13雙推-游動支承方式典型支承方式圖3-14雙推-自由支承方式其中：小時2、設(shè)計計算

已知條件是：工作載荷或平均工作載荷（F或Fm）(N);

絲杠副的使用壽命L（百萬轉(zhuǎn)）；

絲杠的工作長度（或螺母的有效長度）l;

絲杠的轉(zhuǎn)速n（r/min）;

滾道硬度HRC及運轉(zhuǎn)情況。

設(shè)計步驟：1、求出計算載荷FcFc=KFmK為工況系數(shù)

2、根據(jù)壽命計算出額定動載荷3、查滾珠絲杠副系列中的額定動載荷

，使

，初選幾個規(guī)格（或型號），列出其主要參數(shù)4、驗算傳動效率、剛度、穩(wěn)定性等3、滾珠絲杠副傳動剛度的計算傳動剛度由三部分組成：61060′′=nLLh31067.14′=￠hnLcaFCaCaaCC￠3aC￠

滾珠絲杠的拉壓剛度

KC

滾珠絲杠與螺母接觸剛度

KN

滾珠絲杠軸承與軸承座的支承剛度

KB

（1）拉壓剛度KCa、一端固定，一端自由根據(jù)材料力學(xué)知識

d1為絲杠螺紋底徑；E為彈性模量

MPa其中：為行程比；

b、兩端固定MLl剛度最低點在：圖3-15nLEdlEdKc442121pp==Lln=5101.2′Ll=LEdKc421minp=MLl剛度最低點在：

（2）接觸剛度KN

根據(jù)經(jīng)驗公式：

其中：i為滾珠螺母的有效工作圈數(shù)

F為軸向載荷

（選最大值）

R為滾道半徑

rb

、db為滾珠半徑、直徑

（指軸向）圖3-16

)1(14)11(42121nnLEdlLlEdKc-×=-+=pp2Ll=21mincdEKLp=32025.2159FddiKbN=32027.2667FddiKbN=)11.1(=brR)04.1(=brR（3）支承剛度

包括三部分內(nèi)容軸承軸向剛度KB軸承支座剛度KBR螺母支座剛度KNR這三部分剛度，一般難以精確計算，根據(jù)結(jié)構(gòu)而定。4、滾珠絲杠副傳動的力學(xué)模型傳動系統(tǒng)的力學(xué)模型可以簡化成如下圖所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)圖3-17絲杠副傳動系統(tǒng)的力學(xué)模型傳動系統(tǒng)的傳動剛度為：m2KBKCminKBRKNKNR5、壓桿穩(wěn)定性核算6、臨界轉(zhuǎn)速的驗證高速運轉(zhuǎn)時是否發(fā)生共振要求絲杠最高轉(zhuǎn)速nmax<ncr7、剛度校核8、傳動效率驗算9、絲杠使用中注意事項：

例3-2

設(shè)計一數(shù)控銑床工作臺進(jìn)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

—載荷系數(shù)，按表1選??；

—硬度系數(shù)，按表2選取；

—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)C、DE、FGH1.01.11.251.43(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(fù)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(fù)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。一、齒輪傳動的特點

作用：用來傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

優(yōu)點：

1、瞬時傳動比恒定，傳動精確度高；

2、強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)較緊湊；

3、滿足主軸進(jìn)給速度要求，增大主軸轉(zhuǎn)矩。

缺點：1、齒側(cè)間隙對傳動精度影響；

2、齒輪的磨損引起反轉(zhuǎn)誤差的逐漸擴(kuò)大。3.3（無側(cè)隙）齒輪傳動二.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(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)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。(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(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。如圖，若不計軸和軸承的轉(zhuǎn)動慣量，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：因為：(2)重量最輕原則

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(jìn)行綜合考慮。(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

為了提高機(jī)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；

—第個n齒輪的轉(zhuǎn)軸至第級輸出軸的傳動比。三、齒輪傳動的類型1、直齒圓柱齒輪傳動消隙和預(yù)載a偏心軸套調(diào)整法結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，只能補(bǔ)償齒厚誤差和中心距誤差，不能補(bǔ)償齒輪制造誤差。常用于電機(jī)軸和絲杠之間傳動。中心距a圖3-18直齒圓柱齒輪偏心軸套調(diào)整法b雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法（1）可調(diào)拉簧式：齒側(cè)隙可以自動補(bǔ)償，可以根據(jù)實際情況調(diào)整彈簧拉力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸大。圖3-19可調(diào)拉簧式調(diào)整法

（2）周向彈簧式：可以自動補(bǔ)償側(cè)隙，但拉力不便調(diào)整，承載能力小，不適合驅(qū)動裝置，主要用于讀數(shù)裝置。圖3-20周向彈簧式調(diào)整法

墊片錯齒調(diào)整圖3-21斜齒圓柱齒輪調(diào)隙法

2.斜齒圓柱齒輪傳動

墊片錯齒調(diào)整c、雙片齒輪錯齒法3.4諧波齒輪傳動一、諧波齒輪傳動原理波形發(fā)生器是行星輪系的轉(zhuǎn)臂(3(H))剛輪是中心輪(1)柔輪是行星輪(2)圖3-23諧波齒輪傳動原理(a)一個轉(zhuǎn)臂和幾個輥子組成諧波發(fā)生器(b)有橢圓盤和柔性球軸承組成波形發(fā)生器1齒差：

諧波齒輪傳動中，剛輪的齒數(shù)zG略大于柔輪的齒數(shù)zR，其齒數(shù)差要根據(jù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周柔輪變形時與剛輪同時嚙合區(qū)域數(shù)目來決定。即zG-zR=u。錯齒是運動產(chǎn)生的原因2．變形：波發(fā)生器的長度比未變形的柔輪內(nèi)圓直徑大：當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長軸處柔輪輪齒插入剛輪的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時：迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯齒運動，從而實現(xiàn)了主動波發(fā)生器與柔輪的運動傳遞。

利用行星輪系傳動原理，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，迫使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的變形波（近似諧波），并和剛輪作用引起齒間相對位移，傳遞運動和動力。

由三個基本構(gòu)件組成：波發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實質(zhì)是一種新型減速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個均可固定，其余二個一為主動，另一個為從動二、諧波齒輪傳動特點1、傳動比大：1.002～1.02或50～500；2、承載能力高；3、傳動平穩(wěn)，精度高；傳動效率高。效率高達(dá)92％~96％，單級傳動比可達(dá)50~4000。

4、體積小，噪聲低

優(yōu)點1、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；2、轉(zhuǎn)動慣量和啟動力矩大，不適宜于小功率傳動；3、不能用于傳動比較小場合（i小于35）；4、散熱差缺點二、傳動比計算

1．剛輪固定—柔輪輸出：

波發(fā)生器主動，單級減速，結(jié)構(gòu)簡單，傳動比范圍較大，效率較高，應(yīng)用極廣，i=75~500。2．柔輪固定—剛輪輸出：

波發(fā)生器主動，單級減速，結(jié)構(gòu)簡單，傳動比范圍較大，效率較高，可用于中小型減速器，i=75~500。3．波發(fā)生器固定—剛輪輸出：

柔輪主動，單級微小減速，傳動比準(zhǔn)確，適用于高精度微調(diào)傳動裝置，i=1.002~1.015。四、諧波齒輪型號五、應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如機(jī)器人、機(jī)器儀表、雷達(dá)中用作運動傳遞；在冶金、化工、起重運輸設(shè)備中傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。

有標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)格可供選擇。圖3-24單級諧波齒輪減速器型號3.5同步齒形帶傳動一、同步齒形帶傳動的特點

綜合了帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動特點的一種新型傳動，如下圖示。二、同步齒形帶的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)和尺寸規(guī)格1、結(jié)構(gòu)和材料1、傳動比比準(zhǔn)確，傳動效率高；2、工作平穩(wěn)，能吸收振動；3、傳動比范圍大；4、中心距嚴(yán)格，成本高；5、不需潤滑，耐油、耐高溫，維護(hù)方便。

與一般帶傳動相比的特點：圖3-25同步帶由強(qiáng)力層和帶齒、帶背組成。帶的抗拉元件，保證工作時節(jié)距不變傳遞帶輪間的動力粘結(jié)強(qiáng)力層基體材料：鋼絲、玻璃纖維、芳綸

聚氨脂橡膠、氯丁橡膠圖3-262、主要參數(shù)和規(guī)格主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距t(或pb

):相鄰兩個齒中心間沿節(jié)線距離，t=πm節(jié)線(Lp)：強(qiáng)力層的中心線。節(jié)線長度為齒形帶的公稱長度。按GB11616-89規(guī)定，同步帶有單面齒（僅一面有齒）和雙面齒（兩面都有齒）兩種形式，根據(jù)節(jié)距不同分為七種規(guī)格：31.7522.22512.79.5255.083.1752.032節(jié)距（mm）XXHXHHLXLXXLMXL型號3、同步帶的標(biāo)記帶的標(biāo)記包括長度代號、型號、寬度代號等。例：420L050寬度代號（帶寬12.7mm）型號（節(jié)距9.525mm）節(jié)線長度代號（節(jié)線長度1066.8mm）三、同步帶輪1、帶輪的結(jié)構(gòu)、材料結(jié)構(gòu)如圖示材料：鑄鐵或鋼（一般情況）塑料或鋁合金（高速小功率）

2、帶輪的參數(shù)及尺寸規(guī)格（1）齒形與梯形齒同步帶匹配，齒形有直線形和漸開線形兩種。（2）齒數(shù)齒數(shù)少則結(jié)構(gòu)緊湊，但齒數(shù)太少易產(chǎn)生彎曲和疲勞破壞，按國標(biāo)GB11361-89規(guī)定，小帶輪應(yīng)有許用最小齒數(shù)（參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）。圖3-273、帶輪的標(biāo)記帶輪的標(biāo)記由帶輪齒數(shù)、帶的型號、輪寬代號表示。例：30L075輪寬（19.05mm）帶型號（節(jié)距9.525mm）帶輪齒數(shù)（30個）四、同步帶傳動的設(shè)計計算

(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(qiáng)度。1、設(shè)計準(zhǔn)則

其中：Nj為齒形帶傳遞的計算功率（kW）

[P]為齒形帶單位寬度的許用應(yīng)力（N/mm）

Pc為齒形帶單位寬度的離心應(yīng)力（N/mm）：

v為帶速（m/s）

q為單位長度、單位寬度的帶重（N/m.mm）

g為重力加速度（m/s2）2、已知條件及設(shè)計內(nèi)容

初始數(shù)據(jù)：功率N、轉(zhuǎn)速n、傳動比i、空間位置尺寸及工作條件等。計算內(nèi)容為：（1）確定計算功率Nj：（2）確定模數(shù)mKg為工況系數(shù)（取決于載荷性質(zhì)）N為傳遞的額定功率查表得到)][1000cPPvjNb-=21qvgPc=Ng