機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與特性

第2章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的最基本要素，它包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)等，用于完成指定的動作、傳遞功率、運(yùn)動或者信息12.1機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立2.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性2.3機(jī)械傳動裝置2.4支撐部件22.1機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，除了考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素和整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)匹配，才能獲得良好的機(jī)電產(chǎn)品性能。性能參數(shù)設(shè)計(jì)與模型分析有直接關(guān)系3例子：機(jī)械移動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立基本元件：質(zhì)量m，阻尼c，彈簧k建立模型的數(shù)學(xué)原型：牛頓第二定律彈簧、質(zhì)量、阻尼系統(tǒng)力學(xué)模型4根據(jù)簡化后的力學(xué)模型由牛頓第二定律，可以獲得系統(tǒng)的運(yùn)動方程：經(jīng)過Laplace變換，得到傳遞函數(shù)：5系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的簡化模型簡化的基本思路是將復(fù)雜的、分布的參數(shù)折算到某一部件（一般為中心部件）上，然后按照單一部件對系統(tǒng)進(jìn)行建模。建模的核心問題在于各個分散參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和這些物理量的折算。根據(jù)數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度，一般會對各個參數(shù)進(jìn)行取舍，從而獲得一個既能基本反映系統(tǒng)基本特性，又便于數(shù)學(xué)處理的模型。6為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，通常對機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求：(1)高精度精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作怎樣精確，也無法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。2.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性7(2)快速響應(yīng)性即要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時間間隔短，這樣控制系統(tǒng)才能及時根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)。(3)良好的穩(wěn)定性要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)。2.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性82.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性對于具體的機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動設(shè)計(jì)，就要綜合考慮各個設(shè)計(jì)目標(biāo)的協(xié)調(diào)：要考慮設(shè)計(jì)盡可能短的傳動鏈，同時要考慮負(fù)載對傳動系統(tǒng)的耦合作用要考慮傳動精度，同時要考慮穩(wěn)定性、快速性要考慮功率，同時要小型、重量輕、低振動、低噪聲數(shù)學(xué)模型相當(dāng)關(guān)鍵9單純對傳動系統(tǒng)而言，其關(guān)注的性能包括：傳動類型、傳動方式、傳動精度、動態(tài)特性、可靠性影響傳動系統(tǒng)性能的因素包括：負(fù)載變化：包括工作負(fù)載、摩擦負(fù)載，要合理選擇驅(qū)動電機(jī)與傳動鏈，與負(fù)載相匹配傳動鏈慣性：影響啟停特性、快速性、定位精度傳動鏈固有頻率間隙、摩擦、潤滑和溫升：影響傳動精度和運(yùn)動平穩(wěn)性2.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性10機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性為了滿足機(jī)機(jī)電一體化化機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)良好的伺伺服性能，，不僅要求求機(jī)械傳動動部件滿足足轉(zhuǎn)動慣量量小、摩擦擦小、阻尼尼合理、剛剛度大、抗抗振動性能能好、空隙隙小的要求求，還要求求機(jī)械部分分的動態(tài)特特性與電機(jī)機(jī)速度環(huán)節(jié)節(jié)的動態(tài)特特性相匹配配。2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性111、轉(zhuǎn)動慣慣量在滿足系統(tǒng)統(tǒng)剛度的條條件下，機(jī)機(jī)械部分的的質(zhì)量與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量越越小越好。。轉(zhuǎn)動慣量大大會使機(jī)械負(fù)載增增大、系統(tǒng)統(tǒng)相應(yīng)速度度變慢、靈靈敏度降低低、固有頻頻率下降、、容易產(chǎn)生生諧振電氣驅(qū)動部部件的諧振振頻率降低低、阻尼增增大2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性122、摩擦機(jī)電產(chǎn)品對對傳動部件件的摩擦特特性要求是是：靜摩擦擦盡可能小??；動摩擦擦力應(yīng)為盡盡可能小的的正斜率。。若動摩擦為為負(fù)斜率，，易產(chǎn)生爬爬行、降低低精度、減減少壽命摩擦在應(yīng)用用上可以簡簡化為：粘粘性摩擦、、庫侖摩擦擦和靜摩擦擦三種2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性13粘性摩擦：：大小與相相對運(yùn)動速速度成正比比；庫侖摩擦：：接觸面對對運(yùn)動物體體的阻力，，大小為一一常數(shù)；靜摩擦：具具有相對運(yùn)運(yùn)動趨勢但但仍處于靜靜止?fàn)顟B(tài)時時摩擦面之之間存在的的摩擦力，，運(yùn)動開始始之后靜摩摩擦力消失失。2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性14摩擦力對運(yùn)運(yùn)動狀態(tài)的的影響機(jī)械系統(tǒng)的的摩擦特性性隨著材料料和表面狀狀態(tài)的不同同有很大差差異。典型情況包包括：爬行，低速速運(yùn)動穩(wěn)定定性差，如如氣動系統(tǒng)統(tǒng)有回程誤差差，精度低低對摩擦特性性的要求：：靜摩擦要小小動摩擦因?yàn)闉樾〉恼毙甭?.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性153、阻尼機(jī)械部件振振動的振幅幅取決于系系統(tǒng)阻尼和和固有頻率率：阻尼大大，振幅小小，衰減快快阻尼對彈性性系統(tǒng)振動動特性的主主要影響：：靜摩擦阻尼尼大：系統(tǒng)統(tǒng)失動量（（運(yùn)動反向向間隙））和反轉(zhuǎn)誤誤差大，定定位精度低低，易爬行行粘性阻尼摩摩擦大：系系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤誤差大，精精度低2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性16失動量：數(shù)控機(jī)床上上，由于各各坐標(biāo)軸進(jìn)進(jìn)給傳動鏈鏈上驅(qū)動部部件(如伺伺服電動機(jī)機(jī)、伺服液液壓馬達(dá)和和步進(jìn)電動動機(jī)等)的的反向死區(qū)區(qū)、各機(jī)械械運(yùn)動傳動動副的反向向間隙等誤誤差的存在在，造成各各坐標(biāo)軸在在由正向運(yùn)運(yùn)動轉(zhuǎn)為反反向運(yùn)動時時形成反向向偏差，通通常也稱反反向間隙或或失動量2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性17對于質(zhì)量大大剛度低的的機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)，為減小小振幅、加加速度衰減減，可增加加粘性摩擦擦阻尼實(shí)際應(yīng)用中中可以區(qū)0.4～0.8之間間的欠阻尼尼，可以保保證振蕩在在一定范圍圍內(nèi)過渡過過程較平穩(wěn)穩(wěn)、過渡時時間較短，，靈敏度較較高2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性184、剛度機(jī)械系統(tǒng)的的剛度包括括：構(gòu)件產(chǎn)生各各種基本變變形時的剛剛度兩接觸面的的接觸剛度度定義：靜剛度：靜靜態(tài)力和變變形的比動剛度：動動態(tài)力（交交變力和沖沖擊力）和和變形的比比2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性19對于伺服系系統(tǒng)的失動動量：系統(tǒng)統(tǒng)剛度越大大，失動量量越小對于伺服系系統(tǒng)的穩(wěn)定定性：剛度度對開環(huán)系系統(tǒng)的穩(wěn)定定性沒有影影響；提高高剛性可增增加閉環(huán)系系統(tǒng)的穩(wěn)定定性，但會會帶來轉(zhuǎn)動動慣量、摩摩擦和成本本的增加2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性205、諧振頻頻率任何彈性系系統(tǒng)，若阻阻尼不計(jì)，，可簡化為為質(zhì)量、彈彈簧系統(tǒng)，，對于質(zhì)量量為m，拉拉壓剛性系系數(shù)為k的的直線運(yùn)動動系統(tǒng)，其其固有頻率率為:對于轉(zhuǎn)動慣慣量為J，，扭轉(zhuǎn)剛性性系數(shù)為k的扭轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動系統(tǒng)，，固有頻率率為：2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性21當(dāng)外界的激激振頻率接接近獲等于于固有頻率率時，系統(tǒng)統(tǒng)將產(chǎn)生諧諧振而不能能正常工作作機(jī)械傳動部部件一般有有若干個固固有頻率，，分別稱為為一階諧振振頻率和n階諧振頻頻率為了減少機(jī)機(jī)械傳動部部件轉(zhuǎn)矩反反饋對電機(jī)機(jī)動態(tài)性能能的影響，，要求機(jī)械械部件的諧諧振頻率必必須大于電電氣驅(qū)動部部件的諧振振頻率2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性226、間隙間隙使傳動動系統(tǒng)產(chǎn)生生回程誤差差，影響伺伺服系統(tǒng)中中位置環(huán)的的穩(wěn)定性。。有間隙時，，必須減小小位置環(huán)的的增益間隙的形式式：齒輪傳傳動的齒測測間隙、絲絲桿螺母的的傳動間隙隙、絲桿軸軸承的軸向向間隙、連連軸器的扭扭轉(zhuǎn)間隙。。2.2機(jī)機(jī)械傳動系系統(tǒng)的特性性23機(jī)械傳動裝裝置的要求求：轉(zhuǎn)動慣慣量小、摩摩擦小、阻阻尼合理、、剛性大、、抗振性好好、間隙小小。整體結(jié)結(jié)構(gòu)小型、、輕，并滿滿足高速、、低噪聲和和高可靠性性。一、同步帶帶傳動二、齒輪傳傳動三、諧波齒齒輪傳動四、滾珠絲絲杠傳動2.3機(jī)械傳動裝裝置24同步帶是一一種兼有鏈鏈、齒輪、、三角膠帶帶優(yōu)點(diǎn)的傳傳動零件。。由于同步步帶是一種種兼有鏈、、齒輪、三三角膠帶優(yōu)優(yōu)點(diǎn)的傳動動零件，于于1940年由美國國尤尼羅爾爾(Unirayal)橡膠膠公司首先先加以開發(fā)發(fā)。1946年辛加加公司把同同步帶用于于縫紉機(jī)針針和纏線管管的同步傳傳動上，取取得顯著效效益，并被被逐漸引用用到其他機(jī)機(jī)械傳動上上。一、同步帶帶傳動251.分類類2.同步步帶的優(yōu)缺缺點(diǎn)3.同步步帶的結(jié)構(gòu)構(gòu)和尺寸結(jié)結(jié)構(gòu)4.同步步帶的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算一、同步帶帶傳動261.分類類(1)．按按用途分(a)一一般工業(yè)用用同步帶傳傳動即梯梯形齒同步步帶傳動。。它主要用用于中、小小功率的同同步帶傳動動，如各種種儀器、計(jì)計(jì)算機(jī)、輕輕工機(jī)械中中均采用這這種同步帶帶傳動。(b)高高轉(zhuǎn)矩同步步帶傳動又又稱HTD帶(HighTorqueDrive)或STPD帶傳傳動(SuperTorquePositiveDrive)。由由于其齒形形呈圓弧狀狀，在我國國通稱為圓圓弧齒同步步帶傳動。。它主要用用于重型機(jī)機(jī)械的傳動動中，如運(yùn)運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽汽車)、石石油機(jī)械和和機(jī)床、發(fā)發(fā)電機(jī)等的的傳動。一、同步帶帶傳動27(3)特特種規(guī)格的的同步帶傳傳動這是是根據(jù)某種種機(jī)器特殊殊需要而采采用的特種種規(guī)格同步步帶傳動，，如工業(yè)縫縫紉機(jī)用的的、汽車發(fā)發(fā)動機(jī)用的的同步帶傳傳動。(4)特特殊用途的的同步帶傳傳動即為為適應(yīng)特殊殊工作環(huán)境境制造的同同步帶。一、同步帶帶傳動28(2).按按規(guī)格制制度分(a)模模數(shù)制同同步帶主主要參數(shù)是是模數(shù)m(與齒輪相相同)，根根據(jù)不同的的模數(shù)數(shù)值值來確定帶帶的型號及及結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)。在60年代該種種規(guī)格制度度曾應(yīng)用于于日、意、、蘇等國，，后隨國際際交流的需需要，各國國同步帶規(guī)規(guī)格制度逐逐漸統(tǒng)一到到節(jié)距制。。目前僅前前蘇聯(lián)及東東歐各國仍仍采用模數(shù)數(shù)制。一、同步帶帶傳動29(2)節(jié)節(jié)距制即即同步帶帶的主要參參數(shù)是帶齒齒節(jié)距，按按節(jié)距大小小不同，相相應(yīng)帶、輪輪有不同的的結(jié)構(gòu)尺寸寸。該種規(guī)規(guī)格制度目目前被列為為國際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。由于節(jié)距制制來源于英英、美，其其計(jì)量單位位為英制或或經(jīng)換算的的公制單位位。(3)DIN米制制節(jié)距DIN米米制節(jié)距是是德國同步步帶傳動國國家標(biāo)準(zhǔn)制制定的規(guī)格格制度。其其主要參數(shù)數(shù)為齒節(jié)距距，但標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值值不同于ISO節(jié)距距制，計(jì)量量單位為公公制。在我我國，由于于德國進(jìn)口口設(shè)備較多多，故DIN米制節(jié)節(jié)距同步帶帶在我國也也有應(yīng)用。。一、、同同步步帶帶傳傳動動302.同同步步帶帶傳傳動動的的優(yōu)優(yōu)缺缺點(diǎn)點(diǎn)(1)．．工工作作時時無無滑滑動動，，有有準(zhǔn)準(zhǔn)確確的的傳傳動動比比(2)．．傳傳動動效效率率高高，，節(jié)節(jié)能能效效果果好好(3)．．傳傳動動比比范范圍圍大大，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)緊緊湊湊(4)．．維維護(hù)護(hù)保保養(yǎng)養(yǎng)方方便便，，運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)費(fèi)費(fèi)用用低低(5)．．惡惡劣劣環(huán)環(huán)境境條條件件下下仍仍能能正正常常工工作作一、、同同步步帶帶傳傳動動313.同同步步帶帶的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和尺尺寸寸規(guī)規(guī)格格(1)．．同同步步帶帶結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如下下左左圖圖所所示示，，同同步步帶帶一一般般由由承承載載繩繩、、帶帶齒齒、、帶帶背背和和包包布布層層組組成成。。工業(yè)業(yè)用用同同步步帶帶帶帶輪輪形形狀狀如如下下右右圖圖所所示示。。一、、同同步步帶帶傳傳動動324.同同步步帶帶的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算(1)．．失失效效形形式式和和計(jì)計(jì)算算準(zhǔn)準(zhǔn)則則同步步帶帶傳傳動動主主要要失失效效形形式式有有：：(a)承承載載繩繩斷斷裂裂原原因因是是帶帶型型號號過過小小和和小小帶帶輪輪直直徑徑過過小小等等。。(b)爬爬齒齒和和跳跳齒齒原原因因是是同同步步帶帶傳傳遞遞的的圓圓周周力力過過大大、、帶帶與與帶帶輪輪間間的的節(jié)節(jié)距距差差值值過過大大、、帶帶的的初初拉拉力力過過小小等等。。(c)帶帶齒齒的的磨磨損損原原因因是是帶帶齒齒與與輪輪齒齒的的嚙嚙合合干干涉涉、、帶帶的的張張緊緊力力過過大大等等。。(d)其其他他失失效效方方式式帶帶和和帶帶輪輪的的制制造造安安裝裝誤誤差差引引起起的的帶帶輪輪棱棱邊邊磨磨損損、、帶帶與與帶帶輪輪的的節(jié)節(jié)距距差差值值太太大大和和嚙嚙合合齒齒數(shù)數(shù)過過少少引引起起的的帶帶齒齒剪剪切切破破壞壞、、同同步步帶帶背背的的龜龜裂裂、、承承載載繩繩抽抽出出和和包包布布層層脫脫落落等等。。在正常常的工工作條條件下下，同同步帶帶傳動動的設(shè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)準(zhǔn)則是是在不不打滑滑的條條件下下，保保證同同步帶帶的抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度。。在灰灰塵雜雜質(zhì)較較多的的條件件下，，則應(yīng)應(yīng)保證證帶齒齒的一一定耐耐磨性性。一、同同步帶帶傳動動33(2)．同同步帶帶傳動動的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算步步驟設(shè)計(jì)同同步帶帶傳動動的已已知條條件為為：Pm需要傳傳遞的的名義義功率率；n1、n2主從動動輪的的轉(zhuǎn)速速或傳傳動比比；(a)確確定帶帶的設(shè)設(shè)計(jì)功功率；；(b)選選擇帶帶型和和節(jié)距距；(c)確確定帶帶輪齒齒數(shù)和和節(jié)圓圓直徑徑；(d)確確定同同步帶帶的節(jié)節(jié)線長長度、、齒數(shù)數(shù)及傳傳動中中心距距；(e)校校驗(yàn)同同步帶帶和小小帶輪輪的嚙嚙合齒齒數(shù)；；(f)確確定實(shí)實(shí)際所所需同同步帶帶寬度度；(g)帶帶的工工作能能力驗(yàn)驗(yàn)算。。一、同同步帶帶傳動動341.齒齒輪傳傳動系系統(tǒng)的的總傳傳動比比及其其分配配設(shè)計(jì)機(jī)機(jī)電一一體化化齒輪輪傳動動系統(tǒng)統(tǒng)，主主要是是研究究它的的動力力學(xué)特特性。。(1)．最最佳總總傳動動比首先把把傳動動系統(tǒng)統(tǒng)中的的工作作負(fù)載載、慣慣性負(fù)負(fù)載和和摩擦擦負(fù)載載綜合合為系系統(tǒng)的的總負(fù)負(fù)載，，方法法有：：(a)峰峰值綜綜合：：若各各種負(fù)負(fù)載為為非隨隨機(jī)性性負(fù)載載，將將各負(fù)負(fù)載的的峰值值取代代數(shù)和和。(b)均均方根根綜合合：若若各種種負(fù)載載為隨隨機(jī)性性負(fù)載載，取取各負(fù)負(fù)載的的均方方根。。負(fù)載綜綜合時時，要要轉(zhuǎn)化化到電電機(jī)軸軸上，，成為為等效效峰值值綜合合負(fù)載載轉(zhuǎn)矩矩或等等效均均方根根綜合合負(fù)載載轉(zhuǎn)矩矩。使使等效效負(fù)載載轉(zhuǎn)矩矩最小小或負(fù)負(fù)載加加速度度最大大的總總傳動動比，，即為為最佳佳總傳傳動比比。二、齒齒輪傳傳動352．總總傳動動比分分配齒輪系系統(tǒng)的的總傳傳動比比確定定后，，根據(jù)據(jù)對傳傳動鏈鏈的技技術(shù)要要求，，選擇擇傳動動方案案，使使驅(qū)動動部件件和負(fù)負(fù)載之之間的的轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)達(dá)到合合理匹匹配。。若總總傳動動比較較大，，又不不準(zhǔn)備備采用用諧波波、少少齒差差等傳傳動，，需要要確定定傳動動級數(shù)數(shù)，并并在各各級之之間分分配傳傳動比比。單單級傳傳動比比增大大使傳傳動系系統(tǒng)簡簡化，，但大大齒輪輪的尺尺寸增增大會會使整整個傳傳動系系統(tǒng)的的輪廓廓尺寸寸變大大?？煽砂聪孪率鋈N原原則適適當(dāng)分分級，，并在在各級級之間間分配配傳動動比。。二、齒齒輪傳傳動36(1)最最小等等效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量原原則利用該該原則則所設(shè)設(shè)計(jì)的的齒輪輪傳動動系統(tǒng)統(tǒng)，換換算到到電機(jī)機(jī)軸上上的等等效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量為為最小小。二、齒齒輪傳傳動如右圖圖，若若不計(jì)計(jì)軸和和軸承承的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量，，則根根據(jù)系系統(tǒng)動動能不不變的的原則則，等等效到到電機(jī)機(jī)軸上上的等等效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量為為：37二、齒齒輪傳傳動因?yàn)椋海核裕海杭矗毫羁傻?8(2)重重量最最輕原原則對于小小功率率傳動動系統(tǒng)統(tǒng)，使使各級級傳動動比滿滿足，，即可使使傳動動裝置置的重重量最最輕。。上述結(jié)結(jié)論對對于大大功率率傳動動系統(tǒng)統(tǒng)是不不適用用的，，因其其傳遞遞扭矩矩大，，故要要考慮慮齒輪輪模數(shù)數(shù)、齒齒輪齒齒寬等等參數(shù)數(shù)要逐逐級增增加的的情況況，此此時應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)、類類比方方法以以及結(jié)結(jié)構(gòu)緊緊湊之之要求求進(jìn)行行綜合合考慮慮。各各級傳傳動比比一般般應(yīng)以以“先先大后后小””原則則處理理。二、齒齒輪傳傳動39(3)輸輸出軸軸轉(zhuǎn)角角誤差差最小小原則則為了提提高機(jī)機(jī)電一一體化化系統(tǒng)統(tǒng)中齒齒輪傳傳動系系統(tǒng)傳傳遞運(yùn)運(yùn)動的的精度度，各各級傳傳動比比應(yīng)按按“先先小后后大””原則則分配配，以以便降降低齒齒輪的的加工工誤差差、安安裝誤誤差以以及回回轉(zhuǎn)誤誤差對對輸出出轉(zhuǎn)角角精度度的影影響。。設(shè)齒齒輪傳傳動系系統(tǒng)中中各級級齒輪輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角誤誤差換換算到到末級級輸出出軸上上的總總轉(zhuǎn)角角誤差差為，，則則式中：：——第個個齒輪輪所具具有的的轉(zhuǎn)角角誤差差；—第個個齒輪輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸至至第級級輸出出軸的的傳動動比。。二、齒輪輪傳動403齒輪輪傳動間間隙的調(diào)調(diào)整方法法(1)圓圓柱齒齒輪傳動動(a)偏偏心套套(軸)調(diào)整法法如右圖所所示，將將相互嚙嚙合的一一對齒輪輪中的一一個齒輪輪4裝在在電機(jī)輸輸出軸上上，并將將電機(jī)2安裝在在偏心套套1(或或偏心軸軸)上，，通過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動偏心心套(偏偏心軸)的轉(zhuǎn)角角，就可可調(diào)節(jié)兩兩嚙合齒齒輪的中中心距，，從而消消除圓柱柱齒輪正正、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時的齒齒側(cè)間隙隙。特點(diǎn)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，，但其側(cè)側(cè)隙不能能自動補(bǔ)補(bǔ)償。二、齒輪輪傳動41(b)軸軸向墊墊片調(diào)整整法如右圖所所示，齒齒輪1和和2相嚙嚙合，其其分度圓圓弧齒厚厚沿軸線線方向略略有錐度度，這樣樣就可以以用軸向向墊片3使齒輪輪2沿軸軸向移動動，從而而消除兩兩齒輪的的齒側(cè)間間隙。裝裝配時軸軸向墊片片3的厚厚度應(yīng)使使得齒輪輪1和2之間既既齒側(cè)間間隙小，，運(yùn)轉(zhuǎn)又又靈活。。特點(diǎn)同同偏心套套(軸)調(diào)整法法。二、齒輪輪傳動42(c)雙雙片薄薄齒輪錯錯齒調(diào)整整法這種消除除齒側(cè)間間隙的方方法是將將其中一一個做成成寬齒輪輪，另一一個用兩兩片薄齒齒輪組成成。采取取措施使使一個薄薄齒輪的的左齒側(cè)側(cè)和另一一個薄齒齒輪的右右齒側(cè)分分別緊貼貼在寬齒齒輪齒槽槽的左、、右兩側(cè)側(cè)，以消消除齒側(cè)側(cè)間隙，，反向時時不會出出現(xiàn)死區(qū)區(qū)。二、齒輪輪傳動43(2)斜斜齒輪輪傳動消除斜齒齒輪傳動動齒輪側(cè)側(cè)隙的方方法與上上述錯齒齒調(diào)整法法基本相相同，也也是用兩兩個薄片片齒輪與與一個寬寬齒輪嚙嚙合，只只是在兩兩個薄片片斜齒輪輪的中間間隔開了了一小段段距離，，這樣它它的螺旋旋線便錯錯開了。。二、齒輪輪傳動44(3)錐錐齒輪輪傳動(a)軸軸向壓壓簧調(diào)整整法軸軸向壓壓簧調(diào)整整法原理理如圖6-15，在錐錐齒輪4的傳動動軸7上上裝有壓壓簧5，，其軸向向力大小小由螺母母6調(diào)節(jié)節(jié)。錐齒齒輪4在在壓簧5的作用用下可軸軸向移動動，從而而消除了了其與嚙嚙合的錐錐齒輪l之間的的齒側(cè)間間隙。二、齒輪輪傳動45(b)周周向彈彈簧調(diào)整整法將與錐齒齒輪3嚙嚙合的齒齒輪做成成大小兩兩片(1、2)，在大大片錐齒齒輪1上上制有三三個周向向圓弧槽槽8，小小片錐齒齒輪2的的端面制制有三個個可伸入入槽8的的凸爪7。彈簧簧5裝在在槽8中中，一端端頂在凸凸爪7上上，另一一端頂在在鑲在槽槽8中的的鑲塊4上。止止動螺釘釘6裝配配時用，，安裝完完畢將其其卸下，，則大小小片錐齒齒輪1、、2在彈彈簧力作作用下錯錯齒，從從而達(dá)到到消除間間隙的目目的。二、齒輪輪傳動464齒輪輪齒條傳傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)當(dāng)傳動負(fù)負(fù)載大時時，可采采用雙齒齒輪調(diào)整整法。通通過預(yù)載載裝置4向齒輪輪3上圖圖6-17齒齒輪齒條條的雙齒齒輪調(diào)隙隙機(jī)構(gòu)。。預(yù)加負(fù)載載，使大大齒輪2、5同同時向兩兩個相反反方何轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，從從而帶動動小齒輪輪1、6轉(zhuǎn)動，，其齒面面便分別別緊貼在在齒條7上齒槽槽的左、、右側(cè)，，消除了了齒側(cè)間間隙。二、齒輪輪傳動47諧波齒輪輪傳動具具有結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單、、傳動比比大(幾幾十~幾幾百)、、傳動精精度高、、回程誤誤差小、、噪聲低低、傳動動平穩(wěn)、、承載能能力強(qiáng)、、效率高高等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，故在在工業(yè)機(jī)機(jī)器人、、航空、、火箭等等機(jī)電一一體化系系統(tǒng)中日日益得到到廣泛的的應(yīng)用。。1諧波波齒輪傳傳動的工工作原理理三、諧波波齒輪傳傳動48諧波傳動動由三個個主要構(gòu)構(gòu)件所組組成，即即具有內(nèi)內(nèi)齒的剛剛輪l、、具有外外齒的柔柔輪2和和波發(fā)生生器3。。通常波波發(fā)生器器為主動動件，而而剛輪和和柔輪之之一為從從動件，，另一個個為固定定件。當(dāng)當(dāng)波發(fā)生生器裝入入柔輪內(nèi)內(nèi)孔時，，由于前前者的總總長度略略大于后后者的內(nèi)內(nèi)孔直徑徑，故柔柔輪變?yōu)闉闄E圓形形，于是是在橢圓圓的長軸軸兩端產(chǎn)產(chǎn)生了柔柔輪與剛剛輪輪齒齒的兩個個局部嚙嚙合區(qū)；；同時在在橢圓短短軸兩端端，兩輪輪輪齒則則完全脫脫開。至至于其余余各處，，則視柔柔輪回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方向的的不同，，或處于于嚙合狀狀態(tài)，或或處于非非嚙合狀狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)波發(fā)生生器連續(xù)續(xù)轉(zhuǎn)動時時，柔輪輪長短軸軸的位置置不斷交交化，從從而使輪輪齒的嚙嚙合處和和脫開處處也隨之之不斷變變化，于于是在柔柔輪與剛剛輪之間間就產(chǎn)生生了相對對位移，，從而傳傳遞運(yùn)動動。三、諧波波齒輪傳傳動49在波發(fā)生生器轉(zhuǎn)動動一周期期間，柔柔輪上一一點(diǎn)變形形的循環(huán)環(huán)次數(shù)與與波發(fā)生生器上的的凸起部部位數(shù)是是一致的的，稱為為波數(shù)。。常用的的有兩波波和三波波兩種。。為了有有利于柔柔輪的力力平衡和和防止輪輪齒干涉涉，剛輪輪和柔輪輪的齒數(shù)數(shù)差應(yīng)等等于波發(fā)發(fā)生器波波數(shù)(即即波發(fā)生生器上的的滾輪數(shù)數(shù))的整整倍數(shù)，，通常取取為等于于波數(shù)。。三、諧波波齒輪傳傳動502諧波波齒輪傳傳動的傳傳動比計(jì)計(jì)算式中：、、、、分分別為為剛輪、、柔輪和和波形發(fā)發(fā)生器的的角速度度；、分分別別為剛輪輪和柔輪輪的齒數(shù)數(shù)。(1)當(dāng)當(dāng)柔柔輪固定定時，，，則三、諧波波齒輪傳傳動51(2)當(dāng)當(dāng)剛輪輪固定時時，，，則設(shè)、、當(dāng)柔輪固固定時，，當(dāng)柔輪固固定時三、諧波波齒輪傳傳動523.諧諧波齒輪輪減速器器產(chǎn)品及及選用常見的諧諧波齒輪輪減速器器標(biāo)記代代號如下下圖諧波齒輪輪減速機(jī)機(jī)選用說說明：(1).樣本本中的圖圖表參數(shù)數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)產(chǎn)品，，用戶選選型時需需確定以以下三項(xiàng)項(xiàng)參數(shù)：：（a）傳傳動比或或輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（r/min)（b）減減速機(jī)輸輸入功率率（kw)（c）額額定輸入入轉(zhuǎn)速（（r/min)三、諧波波齒輪傳傳動53(2).如減減速機(jī)輸輸入轉(zhuǎn)速速是可調(diào)調(diào)的，則則在選用用減速機(jī)機(jī)型號時時應(yīng)分別別確定：：工工作條件件為“恒恒功率””時按最最低轉(zhuǎn)速速選用機(jī)機(jī)型；工工作條件件為“恒恒扭矩””時，按按最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速選用用機(jī)型。。訂貨時時須說明明是否與與電機(jī)直直聯(lián)，電電機(jī)型號號及參數(shù)數(shù)。(3).選用用減速機(jī)機(jī)輸入功功率與與輸出扭扭矩的的計(jì)算算式中：P—減速機(jī)機(jī)額定輸輸入功率率（KW）T—減速機(jī)機(jī)額定輸輸出扭矩矩（Nm)KA—工作情情況系數(shù)數(shù)（見下下表）三、諧波波齒輪傳傳動54(4).減速速機(jī)輸出出軸裝有有齒輪、、鏈輪、、三角皮皮帶輪及及平皮帶帶輪時，，需要校校驗(yàn)軸伸伸的懸臂臂負(fù)荷，，校驗(yàn)驗(yàn)公式為為式中：D—齒輪輪、鏈輪輪、皮帶帶輪的節(jié)節(jié)圓直徑徑(m)FR—懸懸臂負(fù)荷荷系數(shù)（（齒輪FR=1.5；；鏈輪FR=1.2；三三角皮帶帶輪FR=2；；平皮帶帶輪FR=2.5)當(dāng)結(jié)果安全全。三、諧波波齒輪傳傳動55滾珠螺旋旋傳動是是在絲杠杠和螺母母滾道之之間放人人適量的的滾珠，，使螺紋紋間產(chǎn)生生滾動摩摩擦。絲絲杠轉(zhuǎn)動動時，帶帶動滾珠珠沿螺紋紋滾道滾滾動。螺螺母上設(shè)設(shè)有返向向器，與與螺紋滾滾道構(gòu)成成滾珠的的循環(huán)通通道。為為了在滾滾珠與滾滾道之間間形成無無間隙甚甚至有過過盈配合合，可設(shè)設(shè)置預(yù)緊緊裝置。。為延長長工作壽壽命，可可設(shè)置潤潤滑件和和密封件件。滾珠螺旋旋傳動與與滑動螺螺旋傳動動或其它它直線運(yùn)運(yùn)動副相相比，有有下列特特點(diǎn)：（1）傳傳動效率率高一一般滾滾珠絲杠杠副的傳傳動效率率達(dá)90％~95％，，耗費(fèi)能能量僅為為滑動絲絲桿的1/3。。四、滾珠珠螺旋傳傳動56（2）運(yùn)運(yùn)動平穩(wěn)穩(wěn)滾滾動摩擦擦系數(shù)接接近常數(shù)數(shù)，啟動動與工作作摩擦力力矩差別別很小。。啟動時時無沖擊擊，預(yù)緊緊后可消消除間隙隙產(chǎn)生過過盈，提提高接觸觸剛度和和傳動精精度。（3）工工作壽命命長滾滾珠絲絲杠螺母母副的摩摩擦表面面為高硬硬度(HRC58—62)、、高精度度，具有有較長的的工作壽壽命和精精度保持持性。壽壽命約為為滑動絲絲桿副的的4~10倍以以上。（4）定定位精度度和重復(fù)復(fù)定位精精度高由由于于滾珠絲絲桿副摩摩擦小、、溫升小小、無爬爬行、無無間隙，，通過預(yù)預(yù)緊進(jìn)行行預(yù)拉伸伸以補(bǔ)償償熱膨脹脹。因此此可達(dá)到到較高的的定位精精度和重重復(fù)定位位精度。。四、滾珠珠螺旋傳傳動57（5）同同步性好好用用幾套相相同的滾滾珠絲桿桿副同時時傳動幾幾個相同同的運(yùn)動動部件，，可得到到較好的的同步運(yùn)運(yùn)動。（6）可可靠性高高潤潤滑密封封裝置結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，維修修方便。。（7）不不能自鎖鎖用用于垂直直傳動時時，必須須在系統(tǒng)統(tǒng)中附加加自鎖或或制動裝裝置。（8）制制造工藝藝復(fù)雜滾滾珠珠絲桿和和螺母等等零件加加工精度度、表面面粗糙度度要求高高，故制制造成本本較高。。四、滾珠珠螺旋傳傳動581.工工作原理理與結(jié)構(gòu)構(gòu)四、滾珠珠螺旋傳傳動滾珠絲桿桿副結(jié)構(gòu)構(gòu)端蓋循環(huán)環(huán)插管循環(huán)環(huán)59絲杠和螺螺母的螺螺紋滾道道間裝有有承載滾滾珠，當(dāng)當(dāng)絲杠或或螺母轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時，，滾珠沿沿螺紋滾滾道滾動動，則絲絲杠與螺螺母之間間相對運(yùn)運(yùn)動時產(chǎn)產(chǎn)生滾動動摩擦，，為防止止?jié)L珠從從滾道中中滾出，，在螺母母的螺旋旋槽兩端端設(shè)有回回程引導(dǎo)導(dǎo)裝置，，它們與與螺紋滾滾道形成成循環(huán)回回路，使使?jié)L珠在在螺母滾滾道內(nèi)循循環(huán)。滾珠絲杠杠副中滾滾珠的循循環(huán)方式式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。四、滾珠珠螺旋傳傳動602.滾滾珠絲杠杠副軸向向間隙的的調(diào)整和和施加預(yù)預(yù)緊力的的方法滾珠絲杠杠副除了了對本身身單一方方向的傳傳動精度度有要求求外，對對其軸向向間隙也也有嚴(yán)格格要求，，以保證證其反向傳動動精度。滾珠絲絲杠副的的軸向間間隙是承承載時在在滾珠與與滾道型型面接觸觸點(diǎn)的彈彈性變形形所引起起的螺母母位移量量和螺母母原有間間隙的總總和。通常采用用雙螺母預(yù)預(yù)緊或單螺母（（大滾珠珠、大導(dǎo)導(dǎo)程）的的方法，把彈性性變形控控制在最最小限度度內(nèi)，以以減小或或消除軸軸向間隙隙，并可可以提高高滾珠絲絲杠副的的剛度。。四、滾珠珠螺旋傳傳動61(1)雙雙螺母母預(yù)緊原原理根據(jù)墊片片厚度不不同分成成兩種形形式，當(dāng)當(dāng)墊片厚厚度較厚厚時即產(chǎn)產(chǎn)生“預(yù)預(yù)拉應(yīng)力力”，而而當(dāng)墊片片厚度較較薄時即即產(chǎn)生““預(yù)壓應(yīng)應(yīng)力”以以消除軸軸向間隙隙。四、滾珠珠螺旋傳傳動62(2)單單螺母母預(yù)緊原原理（增增大滾珠珠直徑法法）為了補(bǔ)償償滾道的的間隙，，設(shè)計(jì)時時將滾珠珠的尺寸寸適當(dāng)增增大，使使其4點(diǎn)點(diǎn)接觸，，產(chǎn)生預(yù)預(yù)緊力，，為了提提高工作作性能，，可以在在承載滾滾珠之間間加入間間隔鋼球球。四、滾珠珠螺旋傳傳動63(3)單單螺母母預(yù)緊原原理（偏偏置導(dǎo)程程法）偏置置導(dǎo)導(dǎo)程程法法原原理理如如上上圖圖所所示示，，僅僅僅僅是是在在螺螺母母中中部部將將其其導(dǎo)導(dǎo)程程增增加加一一個個預(yù)預(yù)壓壓量量ΔΔ，，以以達(dá)達(dá)到到預(yù)預(yù)緊緊的的目目的的。。四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動643.滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的軸軸向向彈彈性性變變形形滾珠珠絲絲杠杠受受軸軸向向載載荷荷后后，，滾滾珠珠和和滾滾道道面面將將產(chǎn)產(chǎn)生生彈彈性性變變形形，，軸軸向向彈彈性性變變形形量量與與軸軸向向載載荷荷之之間間的的關(guān)關(guān)系系與與滾滾動動軸軸承承的的計(jì)計(jì)算算相相同同，，根根據(jù)據(jù)Herz的的點(diǎn)點(diǎn)接接觸觸理理論論，，滿滿足足下下式式：：(1)單單螺螺母母預(yù)預(yù)緊緊（（無無預(yù)預(yù)緊緊））的的軸軸向向彈彈性性變變形形四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動65式中中：：——鋼鋼球球和和滾滾道道的的接接觸觸角角（（45°°））；；—鋼鋼球球直直徑徑（（mm））；；—單單個個鋼鋼球球所所受受載載荷荷（（N））；；—鋼鋼球球數(shù)數(shù)；；—和和精精度度、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)有有關(guān)關(guān)的的系系數(shù)數(shù)。。四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動66(2)雙雙螺螺母母預(yù)預(yù)緊緊時時的的軸軸向向變變形形量量對兩兩個個螺螺母母A和和B施施加加預(yù)預(yù)緊緊力力后后，，螺螺母母A、、B均均變變形形至至X點(diǎn)點(diǎn)。。如如果果這這時時作作用用有有外外力力，，則則螺螺母母A從從X點(diǎn)點(diǎn)向向X1點(diǎn)點(diǎn)、、螺螺母母B從從X點(diǎn)點(diǎn)向向X2點(diǎn)點(diǎn)移移動動由由于于和和成成正正比比關(guān)關(guān)系系，，假假設(shè)設(shè)其其比比例例系系數(shù)數(shù)為為k，則則有有，，并并且且螺螺母母A和和B的的變變形形量量分分別別為為：：由于于在在外外力力作作用用下下螺螺母母A和和B的的變變形形量量相相同同（（方方向向相相反反）），，所所以以四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動67而且且，，當(dāng)當(dāng)僅僅有有外外力力作作用用時時，，隨著著的的增增加加使使接接近近零零時時，，則則外外力力幾幾乎乎全全被被螺螺母母A吸吸收收。。當(dāng)時時又因因?yàn)闉樗砸运?、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動68目前前制制造造的的單單螺螺母母式式滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的軸軸向向間間隙隙達(dá)達(dá)0.05mm，，而而雙雙螺螺母母式式的的經(jīng)經(jīng)加加預(yù)預(yù)緊緊力力調(diào)調(diào)整整后后基基本本上上能能消消除除軸軸向向間間隙隙。。應(yīng)應(yīng)用用該該方方法法消消除除軸軸向向間間隙隙時時應(yīng)應(yīng)注注意意以以下下兩兩點(diǎn)點(diǎn)：：（1））預(yù)預(yù)緊緊力力大大小小必必須須合合適適，，過過小小不不能能保保證證無無隙隙傳傳動動；；過過大大將將使使驅(qū)驅(qū)動動力力矩矩增增大大，，效效率率降降低低，，壽壽命命縮縮短短。。預(yù)預(yù)緊緊力力應(yīng)應(yīng)不不超超過過最最大大軸軸向向負(fù)負(fù)載載的的1/3。。（2））要要特特別別注注意意減減小小絲絲杠杠安安裝裝部部分分和和驅(qū)驅(qū)動動部部分分的的間間隙隙，，這這些些間間隙隙用用預(yù)預(yù)緊緊的的方方法法是是無無法法消消除除的的，，而而它它對對傳傳動動精精度度有有直直接接影影響響。。四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動694.滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的主主要要尺尺寸寸、、精精度度等等級級和和標(biāo)標(biāo)注注方方法法(1)．．主主要要尺尺寸寸標(biāo)標(biāo)稱稱直直徑徑、、導(dǎo)導(dǎo)程程、、螺螺旋旋升升角角等等。。(2).精精度等級級JB316.2—82《滾珠絲絲杠副精度度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定分為六六個等級：：C、D、、E、F、、G、H。。C級最高高，H級最最低。(3).標(biāo)標(biāo)注方法法四、滾珠螺螺旋傳動705.滾珠珠絲杠副的的安裝絲杠的軸承承組合及軸軸承座、螺螺母座以及及其它零件件的連接剛剛性，對滾滾珠絲杠副副傳動系統(tǒng)統(tǒng)的剛度和和精度都有有很大影響響，需在設(shè)設(shè)計(jì)、安裝裝時認(rèn)真考考慮。為了了提高軸向向剛度，絲絲杠支承常常用推力軸軸承為主的的軸承組合合，僅當(dāng)軸軸向載荷很很小時，才才用向心推推力軸承。。以下列出出了四種典典型支承方方式及其特特點(diǎn)。四、滾珠螺螺旋傳動71四、滾珠螺螺旋傳動單推—單推推1．軸向剛剛度較高；；2．預(yù)拉伸伸安裝時，，須加載荷荷較大，軸軸承壽命比比方案2低；3．適宜中中速、精度度高，并可可用雙推——單推組合合。72雙推—雙推推四、滾珠螺螺旋傳動1．軸向剛剛度最高；；2．預(yù)拉伸伸安裝時，，須加載荷荷較小，軸軸承壽命較較高3．適宜高高速、高剛剛度、高精精度。73雙推—簡支支四、滾珠螺螺旋傳動1．軸向剛剛度不高，，與螺母位位置有關(guān)；；2．雙推端端可預(yù)拉伸伸安裝；3．適宜中中速、精度度較高的長長絲杠。74雙推—自由由四、滾珠螺螺旋傳動1．軸向剛剛度低，與與螺母位置置有關(guān)；2．雙推端端可預(yù)拉伸伸安裝；3．適宜中中小載荷與與低速，更更適宜垂直直安裝，短短絲杠。756.滾珠珠絲杠副的的設(shè)計(jì)計(jì)算算設(shè)計(jì)滾珠絲絲杠副的已已知條件：：工作載荷F(N)或平平均工作載載荷Fm(N)，使使用壽命(h)，絲杠的的工作長度度(或螺母母的有效行行程)L(m)，絲絲杠的轉(zhuǎn)速速n（平均轉(zhuǎn)速速nm或最大轉(zhuǎn)速速nmax)(r／／min)，以及滾滾道硬度HRC和運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。。一般的設(shè)計(jì)計(jì)步驟及方方法如下：：(1)．絲絲杠副的計(jì)計(jì)算載荷Fc(N)四、滾珠螺螺旋傳動76—載荷系數(shù)數(shù)，按表1選??；—硬度系數(shù)數(shù)，按表2選取；—精度系數(shù)數(shù)，按表3選??；—平均工作作載荷（N）。四、滾珠螺螺旋傳動載荷性質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動運(yùn)轉(zhuǎn)1~1.21.2~1.51.5~2.5滾道實(shí)際硬度HRC≥58555045401.01.111.562.43.85精度系數(shù)C、DE、FGH1.01.11.251.4377—絲杠副的的平均轉(zhuǎn)速速（r/min）；；(2)．計(jì)計(jì)算額定動動載荷四、滾珠螺螺旋傳動式中：—運(yùn)轉(zhuǎn)壽命命（h）；；—計(jì)算載荷荷（N）。。783．根據(jù)在在滾珠絲杠杠系列中選選擇所需要要的規(guī)格，，使所選規(guī)規(guī)格的絲杠杠副的額定定動載荷。。4．驗(yàn)算傳傳動效率、、剛度及工工作穩(wěn)定性性，如不滿滿足要求則則應(yīng)另選其其它型號并并重新驗(yàn)算算。5．對于低低速（））傳動，，只按額定定靜載荷計(jì)計(jì)算即可。。四、滾珠螺螺旋傳動79例6-1試試設(shè)計(jì)一一數(shù)控銑床床工作臺進(jìn)進(jìn)給用滾珠珠絲杠副。。已知平均均工作載荷荷Fm＝3800N，絲杠杠工作長度度l＝1.2m，平均轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，使使用壽命＝＝15000h左右右，絲杠材材料為CrWMn鋼，，滾道硬度度為58~62HRC，傳動動精度要求求解：(1)求計(jì)算算載荷Fc四、滾珠螺螺旋傳動80(2)根根據(jù)壽命條條件計(jì)算額額定動載荷荷(3)根根據(jù)據(jù)必必須須的的額額定定動動載載荷荷選選擇擇絲絲杠杠副副尺尺寸寸，，由由查查表表6-13，，得得如如下下規(guī)規(guī)格格：：四、、滾滾珠珠螺螺旋旋傳傳動動規(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)FFZD3210-3321032.57.14427.3325.7FFZD5006-550648.9445.9526.481考慮各種因因素，選FFZD5006-5，其中中：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偏心距：絲絲杠內(nèi)徑：：d1=45.9mm四、滾珠螺螺旋傳動82(4)穩(wěn)穩(wěn)定性驗(yàn)算算：①假設(shè)為為雙推—簡簡支（F——S），因因?yàn)榻z杠較較長，所以以用壓桿穩(wěn)穩(wěn)定性來求求臨界載荷荷式中：E——絲杠的彈彈性模量，，對鋼—絲杠危險險截面的軸軸慣性矩—長度系數(shù)數(shù)，兩端用用鉸接時，，m四、滾珠螺螺旋傳動83四、滾珠螺螺旋傳動絲杠是安全全的，不會會失穩(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—F3~42.5~3.3—22/3—1.8753.9274.73084②臨界轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速驗(yàn)驗(yàn)證證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時時，需驗(yàn)算算其是否會會發(fā)生共振振的最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，要求求絲杠最高高轉(zhuǎn)速。。臨界轉(zhuǎn)速可可按公式計(jì)計(jì)算：四、滾珠螺螺旋傳動85（5）剛度度驗(yàn)算：滾珠絲杠在在工作負(fù)載載F（N）和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T（Nm）共共同作用下下引起每個個導(dǎo)程的變變形量（（m）為式中：A—絲杠的截截面積，(m2)；—絲杠的極極慣性矩，，(m4)；G—鋼的切變變模量，對對于鋼G=83.3GPa；；T—轉(zhuǎn)矩（Nm）四、滾珠螺螺旋傳動86按最不利的的情況，即即取F=Fm，則絲杠在工作作長度上的的彈性變形形所引起的的導(dǎo)程誤差差為通常要求絲絲杠的導(dǎo)程程誤差應(yīng)小小于其傳動動精度的1/2，即即四、滾珠螺螺旋傳動87（6）效率率驗(yàn)算滾珠絲杠副副的傳動效效率為要求在90%~95%之間，，所以該絲絲杠副能滿滿足使用要要求。經(jīng)上述述計(jì)算算驗(yàn)證證，F(xiàn)FZD5006-5各各項(xiàng)性性能指指標(biāo)均均符合合題目目要求求，可可選用用。四、滾滾珠螺螺旋傳傳動88一、軸軸系的的支承承部件件二、導(dǎo)導(dǎo)軌三、支支承件件2.4支支撐部部件89軸系由由軸及及安裝裝在軸軸上的的齒輪輪、帶帶輪等等傳動動部件件組成成，有有主軸軸軸系系和中中間傳傳動軸軸軸系系。通通常在在設(shè)計(jì)計(jì)軸系系時要要求：：（1））旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度（2））剛度度（3））抗振振性（4））熱變變形（5））軸上上零件件的布布置合合理一、軸軸系的的支承承部件件901.軸軸系系用軸軸承的的類型型與選選擇在設(shè)計(jì)計(jì)軸系系選擇擇軸承承時，，我們們應(yīng)該該考慮慮以下下幾點(diǎn)點(diǎn)：（1））滿足足使用用性能能要求求，包包括承承載能能力、、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度、剛剛度及及轉(zhuǎn)速速等；；（2））滿足足安裝裝空間間要求求；（3））維護(hù)護(hù)保養(yǎng)養(yǎng)方便便；（4））使用用環(huán)境境，如如溫度度、環(huán)環(huán)境氣氣氛對對軸承承的影影響；；（5））性價價比。。一、軸軸系的的支承承部件件91在選擇擇軸承承時，，一般般的選選擇流流程如如圖下下:一、軸軸系的的支承承部件件確定軸軸承形形式及及組合合確定尺尺寸及及精度度確定配配合及及內(nèi)部部間隙隙確定潤潤滑及及密封封確定安安裝尺尺寸確定最最終軸軸承規(guī)規(guī)格921.導(dǎo)導(dǎo)軌軌副的的種類類及基基本要要求各種機(jī)機(jī)械運(yùn)運(yùn)行時時，由由導(dǎo)軌軌副保保證執(zhí)執(zhí)行件件的正正確運(yùn)運(yùn)動軌軌跡，，并影影響執(zhí)執(zhí)行件件的運(yùn)運(yùn)動特特性。。導(dǎo)軌軌副包包括運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌和和支承承導(dǎo)軌軌兩部部分。。支承承導(dǎo)軌軌用以以支承承和約約束運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌，，使之之按功功能要要求作作正確確的運(yùn)運(yùn)動。。1)．．按導(dǎo)導(dǎo)軌副副運(yùn)動動導(dǎo)軌軌的軌軌跡分分類（a））直線線運(yùn)動動導(dǎo)軌軌副支支承導(dǎo)導(dǎo)軌約約束了了運(yùn)動動導(dǎo)軌軌的五五個自自由度度，僅僅保留留沿給給定方方向的的直線線移動動自由由度。。（b））旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動動導(dǎo)軌軌副支支承導(dǎo)導(dǎo)軌約約束了了運(yùn)動動導(dǎo)軌軌的五五個自自由度度，僅僅保留留繞給給定軸軸線的的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動動自由由度。。二、導(dǎo)導(dǎo)軌932)．．按導(dǎo)導(dǎo)軌副副導(dǎo)軌軌面間間的摩摩擦性性質(zhì)分分類（a））滑動動摩擦擦導(dǎo)軌軌副；；（b））滾動動摩擦擦導(dǎo)軌軌副；；（c））流體體摩擦擦導(dǎo)軌軌副。。3)．．按導(dǎo)導(dǎo)軌副副結(jié)構(gòu)構(gòu)分類類（a））開式式導(dǎo)軌軌必必須須借助助運(yùn)動動件的的自重重或外外載荷荷，才才能保保證在在一定定的空空間位位置和和受力力狀態(tài)態(tài)下，，運(yùn)動動導(dǎo)軌軌和支支承導(dǎo)導(dǎo)軌的的工作作面保保持可可靠的的接觸觸，從從而保保證運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌的的規(guī)定定運(yùn)動動。開開式導(dǎo)導(dǎo)軌一一般受受溫度度變化化的影影響較較小。。（b））閉式式導(dǎo)軌軌借借助助導(dǎo)軌軌副本本身的的封閉閉式結(jié)結(jié)構(gòu)，，保證證在變變化的的空間間位置置和受受力狀狀態(tài)下下，運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌和和支承承導(dǎo)軌軌的工工作面面都能能保持持可靠靠的接接觸，，從而而保證證運(yùn)動動導(dǎo)軌軌的規(guī)規(guī)定運(yùn)運(yùn)動。。閉式式導(dǎo)軌軌一般般受溫溫度變變化的的影響響較小小。二、導(dǎo)導(dǎo)軌944)．．按直直線運(yùn)運(yùn)動導(dǎo)導(dǎo)軌副副的基基本截截面形形狀分分類二、導(dǎo)導(dǎo)軌矩形對稱三角形不對稱三角形燕尾槽圓形凸形凹形95二、導(dǎo)導(dǎo)軌5).導(dǎo)導(dǎo)軌副副應(yīng)滿滿足的的基本本要求求（a））導(dǎo)向向精度度導(dǎo)導(dǎo)向向精度度主要要是指指動導(dǎo)導(dǎo)軌沿沿支承承導(dǎo)軌軌運(yùn)動動的直直線度度或圓圓度。。影響響它的的因素素有：：導(dǎo)軌軌的幾幾何精精度、、接觸觸精度度、結(jié)結(jié)構(gòu)形形式、、剛度度、熱熱變形形、裝裝配質(zhì)質(zhì)量以以及液液體動動壓和和靜壓壓導(dǎo)軌軌的油油膜厚厚度、、油膜膜剛度度等。。（b））耐磨磨性是是指導(dǎo)導(dǎo)軌在在長期期使用用過程程中能能否保保持一一定的的導(dǎo)向向精度度。因因?qū)к壾壴诠すぷ鬟^過程中中難免免有所所磨損損，所所以應(yīng)應(yīng)力求求減小小磨損損量，，并在在磨損損后能能自動動補(bǔ)償償或便便于調(diào)調(diào)整。。（c））疲勞勞和壓壓潰導(dǎo)導(dǎo)軌面面由于于過載載或接接觸應(yīng)應(yīng)力不不均勾勾而使使導(dǎo)軌軌表面面產(chǎn)生生彈性性變形形，反反復(fù)運(yùn)運(yùn)行多多次后后就會會形成成疲勞勞點(diǎn)，，呈塑塑性變變形，，表面面形成成龜裂裂、剝剝落而而出現(xiàn)現(xiàn)凹坑坑，這這種現(xiàn)現(xiàn)象就就是壓壓潰。。疲勞勞和壓壓潰是是滾動動導(dǎo)軌軌失效效的主主要原原因，，為此此應(yīng)控控制滾滾動導(dǎo)導(dǎo)軌承承受的的最大大載荷荷和受受載的的均勻勻性。。96（d））剛度度導(dǎo)導(dǎo)軌軌受力力變形形會影影響導(dǎo)導(dǎo)軌的的導(dǎo)向向精度度及部部件之之間的的相對對位置置，因因此要要求導(dǎo)導(dǎo)軌應(yīng)應(yīng)有足足夠的的剛度度。為為減輕輕或平平衡外外力的的影響響，可可采用用加大大導(dǎo)軌軌尺寸寸或添添加輔輔助導(dǎo)導(dǎo)軌的的方法法提高高剛度度。（e））低速速運(yùn)動動平穩(wěn)穩(wěn)性低低速運(yùn)運(yùn)動時時，作作為運(yùn)運(yùn)動部部件的的動導(dǎo)導(dǎo)軌易易產(chǎn)生生爬行行現(xiàn)象象。低低速運(yùn)運(yùn)動的的平穩(wěn)穩(wěn)性與與導(dǎo)軌軌的結(jié)結(jié)構(gòu)和和潤滑滑，動動、靜靜摩擦擦系數(shù)數(shù)的差差值，，以及及導(dǎo)軌軌的剛剛度等等有關(guān)關(guān)。（f））結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工工藝藝性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)導(dǎo)導(dǎo)軌軌時時，，要要注注意意制制造造、、調(diào)調(diào)整整和和維維修修的的方方便便，，力力求求結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單，，工工藝藝性性及及經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性好好。。二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌972.導(dǎo)導(dǎo)軌軌副副間間隙隙調(diào)調(diào)整整為保保證證導(dǎo)導(dǎo)軌軌正正常常工工作作，，導(dǎo)導(dǎo)軌軌滑滑動動表表面面之之間間應(yīng)應(yīng)保保持持適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡拈g間隙隙。。間間隙隙過過小小，，會會增增加加摩摩擦擦阻阻力力；；間間隙隙過過大大，，會會降降低低導(dǎo)導(dǎo)向向精精度度。。導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的間間隙隙如如依依靠靠刮研研來保保證證，，要要費(fèi)費(fèi)很很大大的的勞勞動動量量，，而而且且導(dǎo)導(dǎo)軌軌經(jīng)經(jīng)長長期期使使用用后后，，會會因因磨磨損損而而增增大大間間隙隙，，需需要要及及時時調(diào)調(diào)整整，，故故導(dǎo)導(dǎo)軌軌應(yīng)應(yīng)有有間間隙隙調(diào)調(diào)整整裝裝置置。。矩矩形形導(dǎo)導(dǎo)軌軌需需要要在在垂垂直直和和水水平平兩兩個個方方向向上上調(diào)調(diào)整整間間隙隙。。二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌98常用用的的調(diào)調(diào)整整方方法法有有壓壓板板和和鑲鑲條條法法兩兩種種方方法法。。對對燕燕尾尾形形導(dǎo)導(dǎo)軌軌可可采采用用鑲鑲條條(墊墊片片)方方法法同同時時調(diào)調(diào)整整垂垂直直和和水水平平兩兩個個方方向向的的間間隙隙。。二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌99對矩矩形形導(dǎo)導(dǎo)軌軌可可采采用用修修刮刮壓壓板板、、修修刮刮調(diào)調(diào)整整墊墊片片的的厚厚度度或或調(diào)調(diào)整整螺螺釘釘?shù)牡姆椒椒ǚㄟM(jìn)進(jìn)行行間間隙隙的的調(diào)調(diào)整整二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌1003.導(dǎo)導(dǎo)軌軌副副的的材材料料選選擇擇滑動動導(dǎo)導(dǎo)軌軌常常用用材材料料有有鑄鑄鐵鐵、、鋼鋼、、有有色色金金屬屬和和塑塑料料等等1)．．鑄鑄鐵鐵鑄鑄鐵鐵有有良良好好的的耐耐磨磨性性、、抗抗振振性性和和工工藝藝性性。。常常用用鑄鑄鐵鐵的的種種類類有有：：（1））灰灰鑄鑄鐵鐵一一般般選選擇擇HT200，，用用于于手手工工刮刮研研、、中中等等精精度度和和運(yùn)運(yùn)動動速速度度較較低低的的導(dǎo)導(dǎo)軌軌，，硬硬度度在在HB180以以上上；；（2））孕孕育育鑄鑄鐵鐵把把硅硅鋁鋁孕孕育育劑劑加加入入鐵鐵水水而而得得，，耐耐磨磨性性高高于于灰灰鑄鑄鐵鐵；；（3））合合金金鑄鑄鐵鐵二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌101鑄鐵鐵導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的熱熱處處理理方方法法，，通通常常有有接接觸觸電電阻阻淬淬火火和和中中高高頻頻感感應(yīng)應(yīng)淬淬火火。。接接觸觸電電阻阻淬淬火火，，淬淬硬硬層層為為0.15~0.2mm。。硬硬度度可可達(dá)達(dá)HRC55。。中中高高頻頻感感應(yīng)應(yīng)淬淬火火，，淬淬硬硬層層為為2~3mm，，硬硬度度可可達(dá)達(dá)HRC48~55，，耐耐磨磨性性可可提提高高二二倍倍，，但但在在導(dǎo)導(dǎo)軌軌全全長長上上依依次次淬淬火火易易產(chǎn)產(chǎn)生生變變形形，，全全長長上上同同時時淬淬火火需需要要相相應(yīng)應(yīng)的的設(shè)設(shè)備備。。二、、導(dǎo)導(dǎo)軌軌1022)．．鋼鋼鑲鑲鋼鋼導(dǎo)導(dǎo)軌軌的的耐耐磨磨性性較較鑄鑄鐵鐵可可提提高高五五倍倍以以上上。。常常用用的的鋼鋼有有：：9Mn2V、、CrWMn、、GCr15、、T8A、、45、、40Cr等等采采用用表表面面淬淬火火或或整整體體淬淬硬硬處處理理，，硬硬度度為為52~58HRC；；20Cr、、20CrMnTi、、15等等滲滲碳碳淬淬火火，，滲滲碳碳淬淬硬硬至至56~62HRC；；38CrMoAlA等等采采用用氮氮化化處處理理。。3)．．有有色色金金屬屬常常用用的的有有色色金金屬屬有有黃黃銅銅HPb59-l，，錫錫青青銅銅ZCuSn6Pb3Zn6，，鋁鋁青青銅銅ZQAl9-2和和鋅鋅合合金金ZZn-Al10-5，，超超硬硬鋁鋁LC4、、鑄鑄鋁鋁ZL106等等，，其其中中以以鋁鋁青