任務(wù)1-齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)與原理

項(xiàng)目二機(jī)械部件選型設(shè)計(jì)及調(diào)整電氣工程學(xué)院機(jī)電一體化教學(xué)團(tuán)隊(duì)任務(wù)1齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)、原理與實(shí)踐

新課

導(dǎo)入

提問(wèn)1:機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)包括的基本要素有哪些？問(wèn)題2：機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械部件的作用？齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械部件分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容

機(jī)械部件作用：傳遞運(yùn)動(dòng)和負(fù)載、匹配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速隔離環(huán)境溫度和振動(dòng)支承和防護(hù)等特殊的作用和功能齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)械部件組成1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

作用：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和方向的變換器，伺服系統(tǒng)重要組成部分。

要求：高傳動(dòng)精度，輕量、高速、低噪聲和高可靠性。2、支承導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

提供支承和導(dǎo)向，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障一般指導(dǎo)軌、軸承、機(jī)座等。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2機(jī)械傳動(dòng)部件

系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部件要求響應(yīng)特性傳動(dòng)精度穩(wěn)定性問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)的方法是什么？齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容①采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向部件②縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)和支承剛度。③選擇最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率，減小等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高加速能力。④縮小反向死區(qū)誤差⑤改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪音。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)分析齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)分析傳動(dòng)類型傳動(dòng)形式摩擦傳動(dòng)摩擦輪傳動(dòng)帶傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)普通齒輪傳動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)蝸桿副傳動(dòng)普通螺旋傳動(dòng)（絲杠螺母機(jī)構(gòu)）滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)鏈傳動(dòng)齒帶傳動(dòng)推壓傳動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)i=n1/n2=z2/z1總結(jié)：齒輪傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)

瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、傳動(dòng)精度高、

可以做到零側(cè)隙無(wú)回差，

強(qiáng)度高承載能力大、

傳動(dòng)效率高、

結(jié)構(gòu)成熟等，

故

在機(jī)電一體化產(chǎn)品中占據(jù)著重要的地位

齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析方法分析實(shí)例小組選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3齒輪傳動(dòng)的有關(guān)計(jì)算伺服系統(tǒng)減速增距，往往由數(shù)對(duì)嚙合齒輪組成減速箱。要求？

1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小—實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的高加速度

2、傳動(dòng)比匹配選擇及各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配--使機(jī)電系統(tǒng)獲得較好的動(dòng)態(tài)性能齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中知識(shí)點(diǎn)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總傳動(dòng)比傳動(dòng)比分配齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2．轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及傳動(dòng)比物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的度量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量一樣，是保持勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的特性，用字母J表示。同樣的行駛速度，剎車距離和質(zhì)量有關(guān)嗎？齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算常用公式圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）

式中，m—一質(zhì)量，單位kg；

R—一圓柱體半徑，單位m齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2.2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量利用能量守恒定理，將傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到特定軸（一般是電機(jī)軸）上，獲得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)在特定軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，稱為等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。相鄰兩軸，后軸向前軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算：齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2.2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直線移動(dòng)工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：導(dǎo)程為L(zhǎng)的絲杠，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量為m（含工件質(zhì)量）的工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)，其傳動(dòng)比：

i=2π/L則：工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

L——為絲杠導(dǎo)程，單位m；

m——工作臺(tái)及工件的質(zhì)量，單位kg。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2.2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗加大；系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振等不利影響。因此，在不影響系統(tǒng)剛性的前提下，系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。一般情況下，負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL≤電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM、電機(jī)的可控性好、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性好。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例【例】一工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，已知，絲杠的螺距L為5mm，工作臺(tái)的質(zhì)量m為400kg，齒輪Z1、Z2、Z3、Z4及絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J分別為：0.01kg·m2、0.15kg·m2、0.02kg·m2、0.33kg·m2、0.012kg·m2，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.22kg·m2

，求折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2.2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量問(wèn)題：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配原則？齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例慣量匹配問(wèn)題查詢資料，回答：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在中小電動(dòng)機(jī)選擇中有作用嗎？課下自主閱讀相關(guān)內(nèi)容，必讀文獻(xiàn)推薦：慣量匹配在改善數(shù)控龍門鏜銑床性能中的作用.pdf齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例2.3傳動(dòng)比分配原則總傳動(dòng)比：在伺服系統(tǒng)中，通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動(dòng)比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

電機(jī)、傳動(dòng)裝置和負(fù)載的傳動(dòng)模型齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例結(jié)論:齒輪系總傳動(dòng)比i的最佳值時(shí)，換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量正好等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)載，一半用于加速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳匹配。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配工作條件要求可選用的設(shè)計(jì)原則傳動(dòng)精度要求高輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則動(dòng)態(tài)性能好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則啟停頻繁質(zhì)量盡可能小質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)2.3傳動(dòng)比分配原則齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配①小功率傳動(dòng)裝置2.4等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比

齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：2.4等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比

齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配對(duì)于n級(jí)齒輪系同類分析可得：按照此原則計(jì)算的各傳動(dòng)比按“前小后大”次序分配，以確保結(jié)構(gòu)的緊湊，降低傳動(dòng)誤差。2.4等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比

齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配以上是已知傳動(dòng)級(jí)數(shù)進(jìn)行各級(jí)傳動(dòng)比的確定。若以傳動(dòng)級(jí)數(shù)為參變量，齒輪系中折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je與第一級(jí)主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1之比為Je/J1，其變化與總傳動(dòng)比i的關(guān)系如圖4-1.4所示。2.4等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比

齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配圖1小功率傳動(dòng)裝置確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)曲線圖2大功率傳動(dòng)裝置確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)曲線齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則：

②大功率傳動(dòng)裝置大功率傳動(dòng)裝置傳遞的扭矩大，各級(jí)齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級(jí)增加，各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別很大。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配例2設(shè)有i=256的大功率傳動(dòng)裝置，試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。解：查圖4-1.5，得n=3時(shí)，Je/J1=70；n=4時(shí)，Je/J1=35；n=5時(shí)，Je/J1=26。為兼顧到Je/J1值的大小和傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選n＝4。查圖4-1.6，得i1＝3.3。查圖4-1.7，在橫坐標(biāo)ik－1上3.3處作垂直線與A線交于第一點(diǎn)，在縱坐標(biāo)ik軸上查得：i2＝3.7。通過(guò)該點(diǎn)作水平線與B曲線相交得第二點(diǎn)i3＝4.24。由第二點(diǎn)作垂線與A曲線相交得第三點(diǎn)i4＝4.95。驗(yàn)算i1i2i3i4＝256.26。滿足設(shè)計(jì)要求。齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配3、齒輪副間隙的調(diào)整3.1剛性調(diào)整法調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法。調(diào)整中心距法結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配帶錐度齒輪法結(jié)構(gòu)斜齒輪法結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配3.2柔性調(diào)整法

通過(guò)雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。拉簧消除間隙結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配碟形彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配壓簧消除間隙結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配單面接觸消除間隙結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配齒輪齒條傳動(dòng)消除間隙原理齒輪傳動(dòng)主體講解:機(jī)械傳動(dòng)分析計(jì)算應(yīng)用案例傳動(dòng)比分配實(shí)訓(xùn)室設(shè)備間隙調(diào)整方法討論討論及展示作業(yè)

1.試述齒輪傳動(dòng)的總等效慣量與傳動(dòng)級(jí)數(shù)之間的關(guān)系2.某齒輪系中，設(shè)i=65，傳動(dòng)級(jí)數(shù)n=3的小功率傳動(dòng)，試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。并驗(yàn)算之。3.某大功率機(jī)械傳動(dòng)裝置，已知總傳動(dòng)比I=100，傳動(dòng)級(jí)數(shù)