精密儀器設計9第四章1課件

1、第四章 精密儀器機械系統(tǒng)的設計 了解精密儀器常用的機械機構(傳動機構、導向機構、執(zhí)行機構)的作用、組成、特點及設計方法。掌握精密儀器常用的傳動機構、導向機構、執(zhí)行機構的結構分析方法。 機械系統(tǒng)利用力學原理，由零部件組裝成，可以運轉，用來代替人的勞動、作能量變換或產(chǎn)生有用功的裝置。焊接機器手太空機器人遙控機器人機器狗汽車發(fā)動機挖掘機（Excavator），推土機（bulldozer）印刷機臺燈擺鐘自行車機械系統(tǒng)組成原動機部分執(zhí)行部分傳動部分操縱控制部分本章基本內(nèi)容一、機械傳動機構二、導向部件三、精密執(zhí)行機構第一節(jié) 機械傳動機構1、基本概念 2、齒輪傳動副3、螺旋傳動副4、連桿機構5、凸輪機構6、

2、分析舉例一、基本概念(1)定義(2)分類(3)性能指標或參數(shù)1、定義機械傳動指采用機械的方式來實現(xiàn)運動的變換（改變運動的方向、速度和性質(zhì)）和動力的傳遞。2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動（2）回轉直線運動（或相反）2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動（2）回轉直線運動（或相反）（3）回轉復雜運動 2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）回轉回轉運動（2）回轉直線運動（或相反）（3）回轉復雜運動 2、機械傳動部件分類按性質(zhì)分：（1）

3、回轉回轉運動（2）回轉直線運動（或相反）（3）回轉復雜運動 2、機械傳動部件分類按傳動的用途分：類型用途要求1力（功率）傳動傳遞動力、改變力或力矩的大小強度2示數(shù)（測量）傳動傳遞運動精度3一般傳動一般傳動和驅動無 3、機械傳動性能指標或參數(shù)（1）傳動比（傳動系數(shù)）（2）傳動功率（3）傳動效率（4）傳動的精度（5）強度、剛度 （1）傳動比/傳動系數(shù) 單級傳動： ，為角速度/轉速之比（無量綱）。例：摩擦輪， ， ， 。傳動比：當主動件（軸）與從動件（軸）作連續(xù)的回轉運動， 傳動系數(shù)：當主動件、從動件不作連續(xù)的回轉運動時的i。有量綱且可能不為常數(shù)。多級傳動：總傳動比 為各級傳動比之積。例1：杠桿傳動

4、 杠桿傳動（弧度/米） sl例2：曲柄滑塊例2：曲柄滑塊 曲柄滑快asb（2）傳動功率 傳動機構傳遞的功率： 作用在軸上的扭矩，（rad/s）該軸的角速度。減速增矩（3）傳動效率描述瞬時傳動比保證理論值的準確程度。通常用傳動誤差來衡量：傳動誤差：工作狀態(tài)下，當輸入軸單向回轉時，輸出軸的實際轉角與理論轉角之差?？栈卣`差(簡稱回差)：在工作狀態(tài)下，當輸入軸由正向改為反向回轉時，輸出軸在轉角上的滯后量。（4）傳動精度剛度：產(chǎn)生單位變形量時所需施加的載荷。強度：表征零部件的承載能力，體積強度、表面強度與材料有關。（5）剛度、強度二、齒輪傳動副（1）齒輪傳動的類型 （2）主要參數(shù) （3）精密傳動齒輪的特

5、點及要求（4）精密齒輪傳動設計要點1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型1、齒輪傳動的類型dePs2、主要參數(shù) 周節(jié)P，在分度圓周上，相鄰兩齒上對應點間的弧長。分度圓直徑中心距齒厚齒槽寬，相互嚙合的兩齒輪應該es ，最起碼es 。齒數(shù)：z模數(shù) 齒側間隙：兩嚙合的齒輪的輪齒側間的空隙，即嚙合處es 。 為保證齒輪的嚙合，齒側間隙總會存在，一般較小。其與s、e 、a 有關。 分度圓：假想圓，在齒頂圓和齒根圓之間。相互嚙合的兩齒輪分度圓應相切。3、精密傳動齒輪的特點及要求 （1）小模數(shù)(m1.5mm) 。（2）對

6、傳遞運動的準確程度要求較高。（3）傳動效率高。（4）轉動慣量小。（5）結構簡單緊湊，尺寸、重量小，力求小巧、輕便。 4、精密齒輪傳動設計要點已知設計的原始數(shù)據(jù)：傳動的用途，工作條件，傳遞的功率，輸入軸或輸出軸的轉速，總傳動比，傳動精度和回差，傳動效率，轉動慣量，大致的空間尺寸、體積和重量。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，明確主要設計要求：精度、強度或其它如轉動慣量、尺寸等。設計應解決的幾個問題（1）齒輪傳動類型的選擇。根據(jù)：傳動的主要要求、工作特點。（2）齒輪傳動總傳動比、傳動級數(shù)和各級傳動比的確定和分配。（3）齒輪齒數(shù)和模數(shù)的確定。根據(jù)：空間尺寸。（4）齒輪傳動的材料和強度計算。根據(jù)：強度的要求。（5）齒輪傳

7、動的精度分析和誤差計算，以保證精度要求。（6）齒輪傳動中的力矩計算，以便計算其驅動力矩和功率，選擇合適的驅動源（電動機）。（7）齒輪傳動的結構設計。過大：體積增大，結構不緊湊，轉動慣量增大，而且兩個嚙合的齒數(shù)尺寸相差太大，小齒輪易磨損；過?。涸黾育X輪傳動級數(shù)，結構復雜，零件數(shù)目增多。包括齒輪的結構組成，齒輪與軸的聯(lián)接方法，齒輪的支承方法，齒輪的作用圖和技術條件，減小或消除回差的方法（機電一體化設計基礎P 12-14 消除齒輪側隙的方法）。 三、螺旋傳動副利用螺桿和螺母的相對運動傳遞動力和運動的一種傳動裝置。 （1）螺旋傳動的分類 （2）主要參數(shù) （3）滑動螺旋傳動的特點 （4）滾動螺旋傳動的結

8、構和特點 （5）螺旋傳動設計 1、螺旋傳動的分類根據(jù)作用分：傳力螺旋：用于傳遞動力，其特點是需要承受較大的載荷，傳動精度要求較低，有的甚至對相對位移無精度要求。主要要求具有足夠的強度，如儀器底座的調(diào)節(jié)螺旋或起重螺旋等。測量螺旋（又稱示數(shù)螺旋）：用于精確地傳遞相對運動或相對位移的螺旋傳動，其特點是傳動時只須克服摩擦力力矩和較小的附加阻力矩，其傳動誤差直接影響儀器的工作精度，因此對測量螺旋傳動的主要要求是傳動精度高，回差小，運動靈活。如千分尺的螺旋、大工顯X、Y工作臺的螺旋。一般傳動螺旋：用于精密儀器中某些構件的傳動或精確定位。當用于定位時，要求定位后螺旋不松動，故其螺旋角必須很小，以保證自鎖。

9、滑動螺旋傳動：最常用。 滾動螺旋傳動：適用于傳動精度、靈敏度要求高的場合。 新型螺旋傳動：如靜壓螺旋傳動，諧波螺旋傳動等。 根據(jù)接觸表面的摩擦性質(zhì)分根據(jù)相對運動分（1）螺母固定螺桿轉動并移動（2）螺桿轉動螺母移動 （3）螺母轉動螺桿移動（4）螺桿固定螺母轉動并移動 2、主要參數(shù) 大徑d：螺紋的最大直徑，即與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑。小徑d1：螺紋的最小直徑，與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑。在強度計算中作為螺桿危險截面的計算直徑。中徑d2：通過螺紋軸向截面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑。它是用來確定螺紋幾何量參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。螺距P

10、：相鄰兩螺紋牙平行側面間的軸向距離。導程s ：在同一條螺旋線上相鄰兩螺紋牙之間的距離。螺旋線數(shù)為n ， s= np。牙型角：在軸向剖面內(nèi)螺紋牙兩側邊的夾角。相互配合的內(nèi)外螺紋的牙型相同，即有相同的p/s 、。用于傳動的內(nèi)螺紋的大徑和小徑要大于或等于外螺紋的大徑和小徑。影響螺旋傳動精度的參數(shù)是螺距誤差和牙型角誤差，中徑誤差產(chǎn)生的螺紋間隙。傳動精度高牽引力大能自鎖效率低，易磨損，低速螺母移動量l與螺桿轉角的關系：傳動系數(shù) ，即螺桿轉動一周，螺母移動一個導程。3、滑動螺旋傳動的特點 降速傳動比大 ，從而大大縮小了傳動鏈。4、滾動螺旋傳動的結構 滾珠絲杠螺母副1-螺桿(絲杠) 2-滾珠 3-返回裝置 4-螺母外循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副4、滾動螺旋傳動的特點 傳動效率高： 90%以上 傳動精度高 工作壽命長，耐磨損，維護簡單 不能自鎖 結構復雜，工藝性差，體積大，成本高。5、螺旋傳動設計 目前螺旋傳動副已標準化，在設計時根據(jù)需要進行選用。（1）傳動形式的選擇。（2）螺紋主要參