機電一體化第二章

第二章機械系統(tǒng)部件選擇與設計第一節(jié)機械系統(tǒng)部件的設計要求第二節(jié)機械傳動部件的選擇與設計第三節(jié)導向支承部件的選擇與設計第四節(jié)旋轉(zhuǎn)支承部件的類型與選擇第五節(jié)軸系部件的選擇與設計第六節(jié)機電一體化系統(tǒng)的機座或機架習題與思考題控制器檢測傳感器機構(gòu)動力源執(zhí)行元件五大要素壓力溫度位移位置圖像單片機PLC網(wǎng)絡淀粉基全降解生物材料聚酯類生物塑料生物基熱固性樹脂生物基精細化學品電動機發(fā)動機液壓機體車輛設備便攜機電一體化系統(tǒng)氣動表1-1中的人體要素機械系統(tǒng)電氣系統(tǒng)人機互動系統(tǒng)軟件系統(tǒng)接口接口接口接口接口傳動機架支承導向與一般的機械系統(tǒng)相比，機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)除要求具有較高的定位精度之外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，就是說響應要快、穩(wěn)定性要好。第一節(jié)機械系統(tǒng)部件的設計要求設計要求定位精度動態(tài)響應定位精度定位精度一個典型的機電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機械傳動部件、導向支承部件，以及檢測傳感部件等部分組成。

檢測傳感部件控制部件接口電路功率放大電路機械傳動部件執(zhí)行元件導向支承部件目標：確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性。要求：在設計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊?。機電一體化系統(tǒng)中機械部件設計追求紅牛飲料灌裝線為達到上述要求，主要從以下幾方面采取措施：1)采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件；

2)縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度；

3)選用最佳傳動比，以達到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力；

4)縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施；

5)高剛度，改進支承及架體的結(jié)構(gòu)設計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。

一、機械傳動部件及其功能要求

常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動部件等。

其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器，其目的是使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。第二節(jié)

機械傳動部件的選擇與設計

機械傳動部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動類型、傳動方式、傳動剛性以及傳動的可靠性對機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性有重大影響。

因此，應設計和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件。傳動機構(gòu)及其功能（▲：為選擇）縮放平移vs.旋轉(zhuǎn)正反比例增減比例增減力vs.力矩多向任意向垂直節(jié)奏信息機工作機功能作業(yè)信息傳遞變換：運動+動力變換：運動

隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動機構(gòu)不斷適應新的技術(shù)要求。

具體講有三個方面：

1)精密化—對某種特定的機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）來說，應根據(jù)其性能的需要提出適當?shù)木芏纫?。雖然不是越精密越好，但由于要適應產(chǎn)品的高定位精度等性能的要求，對機械傳動機構(gòu)的精密度要求也越來越高。

2)高速化—產(chǎn)品工作效率的高低，直接與機械傳動部件的運動速度相關(guān)。因此，機械傳動機構(gòu)應能適應高速運動的要求。

3)小型化、輕量化—隨著機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)精密化、高速化的發(fā)展，必然要求其傳動機構(gòu)的小型、輕量化，以提高運動靈敏度(快速響應性)、減小沖擊、降低能耗。為與微電子部件的微型化相適應，也要盡可能做到使機械傳動部件短小輕薄化。

二、絲杠螺母機構(gòu)基本

傳動形式a)螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動b)絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動c)螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動d)絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動旋轉(zhuǎn)平移力矩力差動傳動原理

1.滾珠絲杠副的組成及特點三、滾珠絲杠傳動部件滑動變滾動循環(huán)返回通道

滾珠絲杠螺母機構(gòu)由反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)l、螺母2、絲杠3和滾珠4等四部分組成。滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，具有軸向剛度高(即通過適當預緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙)、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點。但由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構(gòu)時，需要采取制動措施。螺栓鎖緊FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動式墊片預緊型F型：旋轉(zhuǎn)型，機床滾珠絲杠彎管式SBN型滾柱絲杠端蓋板式SBK滾珠絲杠/paper_view.html?id=7926內(nèi)循環(huán)浮動式螺紋預緊型滾株絲杠TBI滾珠絲桿副/gxhazwm/offerdetail-3511162.html2.滾珠絲杠副的典型的結(jié)構(gòu)類型滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進行區(qū)別。

螺紋滾道型面(法向)的形狀及主要尺寸。螺紋滾道法向截面形狀單圓弧型雙圓弧型滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。在螺母外側(cè)孔中裝有接通相鄰滾道的反向器，以迫使?jié)L珠翻越絲杠的齒頂而進入相鄰滾道。一般在同一螺母上裝有2~4個滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。

浮動式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副

浮動式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點是反向器l上的安裝孔有0.01~0.015mm的配合間隙。這種反向器的優(yōu)點是：在高頻浮動中達到回珠圓弧槽進出口的自動對接，通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進給系統(tǒng)。1-反向器；2-彈簧套；3-絲桿；4-碟簧片

外循環(huán)---外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運動。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式：5.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預緊

(1)雙螺母螺紋預緊調(diào)整式如下圖所示，其中，螺母3的外端有凸緣，而螺母4的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并通過兩個圓螺母固定。調(diào)整時旋轉(zhuǎn)圓螺母2消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預緊力，然后用鎖緊螺母1鎖緊。預緊后兩個螺母中的滾珠相向受力(如圖b所示)，從而消除軸向間隙。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進行調(diào)整。1-鎖緊螺母；2-調(diào)整螺母；3、4-滾珠螺母(2)雙螺母齒差預緊調(diào)整式

如下圖所示絲杠4的兩端的兩個螺母分別制有圓柱齒輪的螺母3，兩者齒數(shù)相差一個齒，通過兩端的兩個內(nèi)齒輪2與上述圓柱齒輪相嚙合，并用螺釘和定位銷固定在套筒1上。調(diào)整時先取下兩端的內(nèi)齒輪2，當兩個滾珠螺母相對于套筒同一方向轉(zhuǎn)動同一個齒后固定，則一個滾珠螺母相對于另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，使兩個滾珠螺母產(chǎn)生相對移動，從而消除間隙并產(chǎn)生一定的預緊力。其特點是可實現(xiàn)定量調(diào)整，即可進行精密微調(diào)(如0.002mm)，使用中調(diào)整較方便。1-套筒；2-內(nèi)齒輪；3-螺母；4-絲杠

(3)雙螺母墊片調(diào)整預緊式

如下圖所示，調(diào)整墊片l的厚度，可使兩螺母2產(chǎn)生相對位移，以達到消除間隙、產(chǎn)生預緊拉力之目的。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。

雙螺母墊片預緊式

1-墊片；2-螺母

（4）彈簧式自動調(diào)整預緊式

如下圖所示，雙螺母中一個活動另一個固定，用彈簧使其間始終具有產(chǎn)生軸向位移的推動力，從而獲得預緊力。其特點是能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復雜、軸向剛度低，適用于輕載場合。

彈簧自動調(diào)整預緊式

（5）單螺母變位導程自預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式

下圖為單螺母變位導程自預緊方式。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向制作一個?Ph的導程突變量，從而使二列滾珠產(chǎn)生軸向錯位而實現(xiàn)預緊，預緊力的大小取決于?Ph和單列滾珠的徑向間隙。其特點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但使用中不能調(diào)整，且制造困難。

典型支承方式

1)單推-單推式

如下圖所示，推力軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預緊力。其特點是軸向剛度較高，預拉伸安裝時，預緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低。單推-單推式2)雙推-雙推式

如下圖所示，兩端分別安裝推力軸承與深溝球軸承的組合，并施加預緊力，其軸向剛度最高。該方式適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。但隨溫度的升高會使絲杠的預緊力增大，易造成兩端支承的預緊力不對稱。雙推-雙推式3)雙推-簡支式

如下圖所示，一端安裝止推軸承和圓柱滾子軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時應注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。

雙推-簡支式4)雙推-自由式

如下圖所示，一端安裝推力軸承與圓柱滾子軸承的組合，另一端懸空呈自由狀態(tài)，故軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。雙推-自由式制動裝置

1.無自鎖作用2.垂直狀態(tài)、實時定位要求；3.超越離合器選擇方法

1.結(jié)構(gòu)2.尺寸3.參數(shù)：載荷、穩(wěn)定性、剛度四、齒輪傳動部件

“齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器”齒輪傳動形式及其傳動比的最佳匹配選擇2.各級傳動比的最佳分配原則1)重量最輕原則（小功率，各級模數(shù)、齒數(shù)相同）

大功率：模數(shù)、齒寬逐級增加，傳動比“先大后小”2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則（加工、安裝、回轉(zhuǎn)誤差）四級齒輪傳動系統(tǒng)各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差3)等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則

按傳動順序，各級傳動比按“先小后大”分配逐級疊加放大

在設計中應根據(jù)上述的原則并結(jié)合實際情況的可行性和經(jīng)濟性對轉(zhuǎn)動慣量、結(jié)構(gòu)尺寸和傳動精度提出適當要求具體講有以下幾點：

(1)對于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)可用重量最輕原則。

(2)對于要求運動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按最小等效轉(zhuǎn)動慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。對于變負載的傳動齒輪系統(tǒng)的各級傳動比最好采用不可約的比數(shù),避免同其嚙合以降低噪聲和振動。

(3)對于提高傳動精度和減少回程誤差為主的傳動齒輪系，可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。對于增速傳動，由于增速時容易破壞傳動齒輪系工作的平穩(wěn)性，應在開始幾級就增速，并且要求每級增速比最好大于1:3，以利于增加輪系剛度,減少傳動誤差。

(4)對以較大傳動比傳動的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系巧妙結(jié)合為混合輪系，對于相當大的傳動比并且要求傳動精度與傳動效率高、傳動平。體積小重量輕時，可選用新型的諧波齒輪傳動。3.諧波齒輪(掌握)(1)諧波齒輪傳動的工作原理

1-剛性輪；2-柔性輪；3-波發(fā)生器諧波齒輪傳動系統(tǒng)：由三個基本構(gòu)件組成，如圖2-30所示，剛輪1(CircularSpline)，柔輪2(FlexSpline)和波發(fā)生器3(WaveGenerator)。諧波齒輪傳動的原理，就是在柔性齒輪構(gòu)件中，通過波發(fā)生器的作用，產(chǎn)生一個可控移動變形波，并與剛輪齒相嚙合，通過相對錯齒作用達到傳動目的。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應用較多諧波齒輪傳動原理：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。目前多用雙波和三波傳動。錯齒是運動產(chǎn)生的原因。ZGZR鋼輪固定：波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向與柔輪的轉(zhuǎn)動方向相反。諧波齒輪傳動原理：變形波發(fā)生器的長度比未變形的柔輪內(nèi)圓直徑大：當波發(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。諧波齒輪傳動特點：諧波齒輪傳動既可用做減速器，也可用做增速器。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。傳動比大，且外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動效率高。效率高達92％~96％，單級傳動比可達50~4000。承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時，可實現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運動。諧波齒輪傳動比計算應用行星輪系傳動比計算方法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，傳動比準確，適用于高精度微調(diào)傳動裝置，i=1.002~1.015。AHarmonicDrive(alsoknownas"StrainWaveGearing")isaspecialtypeofmechanicalgearsystemthatcanimprovecertaincharacteristicscomparedtotraditionalgearingsystems(suchasHelicalGearsorPlanetaryGears).Itwasinventedin1957andisnowproducedbyHarmonicDriveLLC.Theadvantagesinclude:nobacklash,compactnessandlightweight,highgearratios,reconfigurableratioswithinastandardhousing,goodresolutionandrepeatabilitywhenrepositioninginertialloads,hightorquecapability,andcoaxialinputandoutputshafts.Highgearreductionratiosarepossibleinasmallvolume(aratioof100:1ispossibleinthesamespaceinwhichplanetarygearstypicallyonlyproducea10:1ratio).Disadvantagesincludeatendencyfor'wind-up'(atorsionalspringrate)andpotentialdegradationovertimefrommechanicalshocksandenvironment.Theyaretypicallyusedinindustrialmotioncontrol,RoboticsandAerospace,forgearreductionbutmayalsobeusedtoincreaserotationalspeed,orfordifferentialgearing.HarmonicdriveanimationCross-sectionofaStrainWaveGearing.

A:circularspline(fixed)

B:flexspline(attachedtooutputshaft,notshown)

C:wavegenerator(attachedtoinputshaft,notshown)HistoryThebasicconceptofStrainWaveGearing(SWG)wasintroducedbyC.W.Musserinhis1957patent.Itwasfirstusedsuccessfullyin1964byHasegawaGearWorks,Ltd.andUSMCo.,Ltd.Later,HasegawaGearWorks,Ltd.becameHarmonicDriveSystemsInc.locatedinJapanandUSMCo.,Ltd.HarmonicDrivedivisionbecameHarmonicDriveTechnologiesInc.OnJanuary1,2006,HarmonicDriveTechnologies/NabtescoofPeabody,MAandHDSystemsofHauppauge,NY,mergedtoformanewjointventure,HarmonicDriveLLC.HDSystems,Inc.wasasubsidiarycompanyofHarmonicDriveSystem,Inc.OfficesaremaintainedinbothPeabodyandHauppauge.TheStrainWaveGearingtheoryisbasedonelasticdynamicsandutilizestheflexibilityofmetal.Themechanismhasthreebasiccomponents:awavegenerator,aflexspline,andacircularspline.Morecomplexversionshaveafourthcomponentnormallyusedtoshortentheoveralllengthortoincreasethegearreductionwithinasmallerdiameter,butstillfollowthesamebasicprinciples.Thewavegeneratorismadeupoftwoseparateparts:anellipticaldiskcalledawavegeneratorplugandanouterballbearing.Thegearplugisinsertedintothebearing,givingthebearinganellipticalshapeaswell.Theflexsplineislikeashallowcup.Thesidesofthesplineareverythin,butthebottomisthickandrigid.Thisresultsinsignificantflexibilityofthewallsattheopenendduetothethinwall,butintheclosedsidebeingquiterigidandabletobetightlysecured(toashaft,forexample).Teetharepositionedradiallyaroundtheoutsideoftheflexspline.Theflexsplinefitstightlyoverthewavegenerator,sothatwhenthewavegeneratorplugisrotated,theflexsplinedeformstotheshapeofarotatingellipsebutdoesnotrotatewiththewavegenerator.Thecircularsplineisarigidcircularringwithteethontheinside.Theflexsplineandwavegeneratorareplacedinsidethecircularspline,meshingtheteethoftheflexsplineandthecircularspline.Becausetheflexsplinehasanellipticalshape,itsteethonlyactuallymeshwiththeteethofthecircularsplineintworegionsonoppositesidesoftheflexspline,alongthemajoraxisoftheellipse.MechanicsAssumethatthewavegeneratoristheinputrotation.Asthewavegeneratorplugrotates,theflexsplineteethwhicharemeshedwiththoseofthecircularsplinechange.Themajoraxisoftheflexsplineactuallyrotateswithwavegenerator,sothepointswheretheteethmeshrevolvearoundthecenterpointatthesamerateasthewavegenerator.Thekeytothedesignoftheharmonicdriveisthattherearefewerteeth(forexampletwofewer)ontheflexsplinethanthereareonthecircularspline.Thismeansthatforeveryfullrotationofthewavegenerator,theflexsplinewouldberequiredtorotateaslightamount(twoteeth,forexample)backwardrelativetothecircularspline.Thustherotationactionofthewavegeneratorresultsinamuchslowerrotationoftheflexsplineintheoppositedirection.ForaStrainWaveGearingmechanism,thegearingreductionratiocanbecalculatedfromthenumberofteethoneachgear:Reductionratio=(flexsplineteeth-circularsplineteeth)/flexsplineteethForexample,ifthereare202teethonthecircularsplineand200ontheflexspline,thereductionratiois

(200

?

202)/200

=

?0.01Thustheflexsplinespinsat1/100thespeedofthewavegeneratorplugandintheoppositedirection.Thisallowsdifferentreductionratiostobesetwithoutchangingthemechanism'sshape,increasingitsweight,oraddingstages.Therangeofpossiblegearratiosislimitedbyteethsizelimitsforagivenconfiguration.(2)諧波齒輪傳動的傳動比諧波齒輪傳動的波形發(fā)生器相當于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當于行星輪，剛輪則相當于中心輪。故諧波齒輪傳動裝置(諧波減速器)的傳動比可以應用行星輪系求傳動比的方式來計算。分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度，則設優(yōu)點:（1）傳動比大.單級諧波齒輪傳動50-500,多級和復式80000以上;（2）承載能力大。同時嚙合齒數(shù)30％－40％；（3）傳動精度高。誤差均化齒側(cè)間隙?。唬?）可向密封空間傳遞運動或動力。柔輪固定，既可作為密封傳動的殼體，亦可產(chǎn)生彈性變形，來完成錯齒運動；（5）傳動平穩(wěn)，基本上無沖擊振動；磨損小，無噪聲；（6）傳動效率高。單級69％－96％；（7）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。缺點:（1）柔輪與波發(fā)生器制造復雜,需專門設備,成本較高;（2）傳動比下限較高;（3）不能做成交叉軸和相交軸結(jié)構(gòu)。4.齒輪傳動間隙的調(diào)整方法

偏心調(diào)整法旋轉(zhuǎn)偏心盤：消除齒側(cè)間隙

軸向墊片調(diào)整法

軸向壓簧錯齒調(diào)整

1、2-薄片齒輪；3-寬齒輪；4-調(diào)整螺母；5-彈簧

齒輪2分度圓上斥候沿軸線方向略有錐度：消除齒側(cè)間隙雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法1-短柱；2-彈簧；3、4-薄片齒輪1、2-齒輪；3-凸耳；4-彈簧；

5、6-螺母；7-螺釘適用于測量裝置彈性預緊：消除尺側(cè)間隙

墊片錯齒調(diào)整軸向壓簧錯齒調(diào)整

1、2-薄片齒輪；3-寬齒輪；4-墊片

1、2-薄片齒輪；3-寬齒輪；4-調(diào)整螺母；5-彈簧側(cè)隙不能補償側(cè)隙自動補償間距l(xiāng)，使得螺旋線錯開五、

撓性傳動部件（1）同步帶傳動

同步帶實物照片同步帶傳動優(yōu)點：

1)傳動比準確、傳動效率高(可達98％)；

2)工作平穩(wěn)，能吸收振動；

3)不需潤滑，耐油、耐水、耐高溫、耐腐蝕，維護保養(yǎng)方便；

4)噪聲低、能高速傳動等。缺點：安裝精度要求高、中心距要求嚴格，具有一定的蠕變性；制造工藝復雜，成本高?？梢灶A緊可精確定位（2）鋼帶傳動鋼帶傳動的特點是鋼帶與帶輪間接觸面積大、無間隙、摩擦阻力大無滑動，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運行可靠、噪音低、驅(qū)動力大、壽命長，鋼帶無蠕變。（3）繩輪傳動

繩輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟、成本較低、噪音低等優(yōu)點。其缺點是繩輪較大、安裝面積大，加速度不易太高。六、間歇傳動部件

間歇傳動部件有：棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等部件

1-棘爪；2-棘輪；3-止動爪；4-搖桿；5-扭簧棘輪傳動工作原理往復作業(yè)中，單向傳遞運動和力

齒式棘輪機構(gòu)的形式

1-棘輪；2-棘爪外內(nèi)端槽輪傳動機構(gòu)

槽輪傳動機構(gòu)又稱馬爾他(馬氏)機構(gòu)

傳動機構(gòu)工作原理圖1-撥銷盤；2.鎖緊??；3-槽輪；4-定位??；5-撥銷蝸形凸輪傳動機構(gòu)l-轉(zhuǎn)盤；2-滾子；3-蝸形凸輪動靜時間比靈活轉(zhuǎn)盤運動規(guī)律可變

（凸輪輪廓）適用于多工位傳動定位精度高剛度足裝配方便

加工量大，成本高。①

能夠得到在實際中所能遇到的任意的轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比，其工作時間系數(shù)比槽輪機構(gòu)的要小；②能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)盤所要求的各種運動規(guī)律；③與槽輪機構(gòu)比較，能夠用于工位數(shù)較多的設備上，而不需加入其他的傳動機構(gòu)；④在一般情況下，凸輪棱邊的定位精度已能滿足要求，而不需其他定位裝置；⑤有足夠高的剛度；⑥裝配方便；⑦不足之處是它的加工工作量特別大，因而成本較高。蝸形凸輪機構(gòu)具有如下的特點

一、導軌副的組成、種類及其應滿足的要求

導向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常稱為導軌副，簡稱導軌。第三節(jié)導向支承部件的選擇與設計導軌副的種類及組成1-承導件；2-運動件

常用導軌結(jié)構(gòu)形式常用導軌性能比較機電一體化系統(tǒng)對導軌的基本要求：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。對精度要求高的直線運動導軌，還要求：導軌的承載面與導向面嚴格分開；當運動件較重時，必須：設有卸荷裝置，運動件的支承，必須符合三點定位原理。導軌副應滿足的基本要求直線運動導軌的幾何精度

a.縱向直線度b.縱向直線度c.平行度或扭曲度導向精度：指動導軌按給定方向作直線運動的準確程度。導向精度的高低，主要取決于：導軌的結(jié)構(gòu)類型；導軌的幾何精度和接觸精度；導軌的配合間隙、油膜厚度和油膜剛度；導軌和基礎件的剛度和熱變形等。導向精度

剛度導軌的剛度就是抵抗載荷的能力。抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度；抵抗交變載荷的能力稱為動剛度。在恒定載荷作用下，物體變形的大小，表示靜剛度的好壞。導軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形。導軌局部變形發(fā)生在載荷集中的地方，因此，必須加強導軌的局部剛度。精度的保持性精度的保持性主要由導軌的耐磨性決定。導軌的耐磨性是指導軌在長期使用后，應能保持一定的導向精度。導軌的耐磨性，主要取決于導軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表面硬度、表面潤滑及受力情況等。提高導軌的精度保持性，必須進行正確的潤滑與保護。采用獨立的潤滑系統(tǒng)自動潤滑已被普遍采用。防護方法很多，目前多采用多層金屬薄板伸縮式防護罩進行防護。機電一體化系統(tǒng)和計算機外圍設備等的精度和運動速度都比較高，因此，其導軌應具有較好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時應輕便省力，速度均勻，低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；高速運動時應無振動。在低速運行時(如0.05mm／min)，往往不是作連續(xù)的勻速運動而是時走時停(即爬行)。其主要原因是摩擦系數(shù)隨運動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足。運動的靈活性和低速運動的平穩(wěn)性導軌的爬行現(xiàn)象機理

（彈簧-阻尼系統(tǒng)）

傳動系統(tǒng)2帶動運動件3在靜導軌4上運動時，作用在導軌副內(nèi)的摩擦力變化。導軌副相對靜止時，靜摩擦系數(shù)較大。運動開始的低速階段，動摩探系數(shù)隨導軌副相對滑動速度的增大而降低，直到相對速度增大到某一臨界值，動摩擦系數(shù)才隨相對速度的減小而增加。彈簧-阻尼系統(tǒng)圖1-主動件；2-彈簧-阻尼；3-運動件；4-靜導軌為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時采取以下幾項措施：

1.采用滾動導軌、靜壓導軌、卸荷導軌、貼塑料層導軌等；

2.在普通滑動導軌上使用含有極性添加劑的導軌油；

3.用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動副等方法來提高傳動系統(tǒng)的剛度。防止爬行現(xiàn)象采取以下幾項措施對溫度的敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性導軌在環(huán)境溫度變化的情況下，應能正常工作，既不“卡死”，亦不影響系統(tǒng)的運動精度。導軌對溫度變化的敏感性，主要取決于導軌材料和導軌配合間隙的選擇。結(jié)構(gòu)工藝性是指系統(tǒng)在正常工作的條件下，應力求結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆、調(diào)整、維修及檢測方便，從而最大限度地降低成本。導軌副的設計內(nèi)容滑動導軌副的結(jié)構(gòu)與選擇截面形狀二滑動導軌副的結(jié)構(gòu)與選擇1、導軌截面的基本形式及其特點

V形（三角形）導軌

導軌磨損后能自動補償，故導向精度較高。它的截面角度由載荷大小及導向要求而定，一般為90°。矩形導軌

結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理較易。矩形導軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大，應用廣泛。缺點是磨損后不能自動補償間隙，用鑲條調(diào)整時，會降低導向精度。燕尾形導軌

主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便，可承載傾覆力矩。缺點是幾何形狀比較復雜，難于達到很高的配合精度，并且導軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差，因此，通常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小、受力不大及導向精度與運動靈活性要求不高的場合。圓形導軌圓形導軌的優(yōu)點是導軌面的加工和檢驗比較簡單，易于獲得較高的精度；缺點是導軌間隙不能調(diào)整，特別是磨損后間隙不能調(diào)整和補償，閉式圓形導軌對溫度變化比較敏感。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開槽或加工出平面開槽制出平面

雙V形組合

兩條導軌同時起著支承和導向作用，故導軌的導向精度高，承載能力大，兩條導軌磨損均勻，磨損后能自動補償間隙，精度保持性好。但這種導軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導軌對溫度變化比較敏感。2、常用導軌的組合形式

一條導軌往往不能承受力矩載荷，故通常都采用兩條導軌來承受載荷和進行導向。常用滑動導軌的組合形式有：V形和平面形組合

這種組合保持了雙V形組合導向精度高、承載能力大的特點，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性比雙V形組合導軌大為改觀，因而應用很廣。缺點是兩條導軌磨損不均勻，磨損后不能自動調(diào)整間隙。矩形和平面形組合

承載能力高，制造簡單。間隙受溫度影響小，導向精度高。容易獲得較高的平行度。側(cè)導向面間隙用鑲條調(diào)整，側(cè)向接觸剛度較低。雙矩形組合

特點與矩形和平面形組合相同，但導向面之間的距離較大，側(cè)向間隙受溫度影響大，導向精度較矩形和平面形組合差。燕尾形和矩形組合

能承受傾覆力矩，用矩形導軌承受大部分壓力，用燕尾形導軌作側(cè)導向面，可減少壓板的接觸面。調(diào)整間隙簡便。V形和燕尾形組合組合成閉式導軌的接觸面較少，便于調(diào)整間隙。V形導軌起導向作用，導向精度高。加工和測量都比較復雜。雙圓形組合結(jié)構(gòu)簡單，圓柱面既是導向面又是支承面。對兩導軌的平行度要求嚴。導軌剛度較差，磨損后不易補償。圓形和矩形組合

矩形導軌可用鑲條調(diào)整，對圓形導軌的位置精度要求較雙圓形組合要求低。平鑲條1調(diào)整螺栓2平鑲條3緊固螺栓1、鑲條導軌間隙的調(diào)整

為了保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小會增大摩擦力，間隙過大又會降低導向精度。為此常采用鑲條和壓板來調(diào)整導軌的間隙。楔形鑲條1356調(diào)整螺栓248楔形鑲條7鎖緊螺母9傳遞壓塊2、壓板（a）用磨或刮壓板的結(jié)合面來調(diào)整（b）用改變墊片的厚度來調(diào)整1滑動導軌2固定導軌3壓板4墊片提高導軌副耐磨性的措施

鑲裝導軌：支承導軌、動導軌（材料：強度、剛度、耐磨性提高導軌的精度與改善表面粗糙度減小導軌單位面積上的壓力(即比壓)

三滾動導軌副的類型與選擇1.直線運動滾動導軌副的特點及要求滾動導軌作為滾動摩擦副的一類，具有許多特點：①摩擦系數(shù)小(0.003~0.005)，運動靈活；②動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；③可以預緊，剛度高；④壽命長；⑤精度高；⑥潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用；⑦由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。因此滾動導軌副廣泛地被應用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器等。滾動導軌的缺點：①導軌面與滾動體是點接觸或線接觸，所以抗振性差，接觸應力大；②對導軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高，若滾動體的直徑不一致，導軌表面有高低，會使運動部件傾斜，產(chǎn)生振動，影響運動精度；③結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本較高；④對臟物比較敏感，必須有良好的防護裝置。對滾動導軌副的基本要求

1)導向精度。導向精度是導軌副最基本的性能指標。移動件在沿導軌運動時，不論有無載荷，都應保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。這是保證機床運行工作質(zhì)量的關(guān)鍵。各種機床對導軌副本身平面度、垂直度及等高、等距的要求都有規(guī)定或標準。

2)耐磨性。導軌副應在預定的使用期內(nèi)，保持其導向精度。精密滾動導軌副的主要失效形式是磨損，因此耐磨性是衡量滾動導軌副性能的主要指標之一。

3)剛度。為了保證足夠的剛度，應選用最合適的導軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)間隙和預緊的導軌副可以提高剛度。

4)工藝性。導軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。2.滾動導軌副的分類

滾動體不循環(huán)的滾動導軌副1-動導軌；2-滾珠；3-定導軌；4-滾柱；5-滾針點支承線支承三角-平面滾珠導軌雙三角滾珠導軌無預緊有預緊

雙三角交叉滾柱導軌、滾動導軌副1-調(diào)整螺釘2-定導軌3-滾柱

滾動體循環(huán)的滾動導軌副

行程無限的標準滾動導軌副，適用于重載條件。

標準化滾動導軌塊

標準化滾動導軌副

1-定導軌；2-機身；3-運動件；4-動導軌；

5-調(diào)整螺釘；6-塞塊；

7-偏心調(diào)整銷軸

滾珠軸承導軌1-承導件；2-偏心軸；3-滾珠軸承；4-軸承支架；

5-擺桿；6-右軸承；7-小軸；8-左軸承；

9-工作臺；10-彈簧；11-螺釘；12-絲杠；a、b-垂直導軌面A、B-水平導軌面；01-擺桿轉(zhuǎn)動中心；02-軸承回轉(zhuǎn)中心

作用：

滾動體+導軌

特點：

摩擦力矩小、承載能力大、調(diào)整方便、工藝性好、精度保持好單頭多步重復照相機雙向定位水平預緊水平調(diào)整

滾動軸承及其偏心軸機構(gòu)徑向跳動精度要求更高e=0.2~1mm滾動導套副(1)滑動軸承軸系這種軸系在軸頸與軸套之間注入潤滑油介質(zhì)起潤滑作用。為了轉(zhuǎn)動靈活，軸頸與軸套之間應具有一定間隙(一般不能小于2.5，當轉(zhuǎn)速增大時，間隙也應相應增大)；滑動軸承軸系結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，剛度和承載能力大，但抗振性和耐磨性較差，因此容易喪失精度。如采用錐形結(jié)構(gòu)，磨損后間隙可以調(diào)整，但調(diào)整比較麻煩。2．軸系用軸承的分類、特點和結(jié)構(gòu)形式標準滾動軸承、非標滾動軸承、滑動軸承、靜壓軸承、懸浮軸承(2)流體動壓軸承和靜壓軸承軸系

流體動壓軸承軸系和靜壓軸承軸系阻尼性能好、支撐精度高、具有良好的抗振性和運動平穩(wěn)性。按照油膜和氣膜壓強的形成方式分為動壓、靜壓和動靜壓相結(jié)合三類軸系。目前使用的流體介質(zhì)主要為液體和氣體。

動壓軸承是在軸旋轉(zhuǎn)時，油(氣)被帶入軸與軸承間所形成楔形間隙中，由于間隙逐漸變窄，使壓強升高，將軸浮起而形成油(氣)楔，以承受載荷。其承載能力與滑動表面的線速度成正比，低速時承載能力很低。故動壓軸承只適用于速度很高、且速度變化不大的場合：靜壓軸承是利用外部供油(氣)裝置將具有一定壓力的液(氣)體通過油(氣)孔進入軸套油(氣)腔，將軸浮起而形成壓力油(氣)膜，以承受載荷。其承載能力與滑動表面的線速度無關(guān)，故廣泛應用于低、中速，大載荷的機器。它具有剛度大、精度高、抗振性好、摩擦阻力小等優(yōu)點。液體靜壓軸承工作原理液體靜壓軸承工作原理1、2、3、4-油腔；5-金屬薄膜；6-圓盒；7-回油槽；8-軸套磁懸浮軸承工作原理

磁懸浮軸承是利用磁場力將軸無機械摩擦、無潤滑地懸浮在空間的一種新型軸承。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，檢鍘轉(zhuǎn)子的偏心，通過反饋與基準信號進行比較，根據(jù)偏差信號進行調(diào)節(jié)，改變電磁體(定子)的電流，改變磁懸浮力的大小，使轉(zhuǎn)子恢復到理想位置。

徑向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)軸(如主軸)一般要配備輔助軸承，起到完全保護作用。輔助軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙一般等于轉(zhuǎn)子與電磁體氣隙的一半。軸向懸浮軸承的工作原理與徑向磁懸浮軸承相同。

磁懸浮軸承工作原理1-信號輸入；2-調(diào)節(jié)器；3-功率放大器；4-位移傳感器；5-定子；6-轉(zhuǎn)子(4)滾動軸承軸系

軸頸與軸套之間放入滾動軸承或圓球、滾柱等滾動體作為介質(zhì)的軸系。滾動軸承軸系分為標準滾動軸承軸系和非標準滾動軸承軸系兩類。直接應用標準滾動軸承的軸系稱為標準滾動軸承軸系；標準滾動軸承已標準化、系列化，并由軸承廠成批生產(chǎn)。在軸系設計時，只要根據(jù)負荷、轉(zhuǎn)速、精度、剛度及空間大小等即可選用所需軸承。

非標準滾動軸承軸系中不用標準滾動軸承。一般是在軸頸和軸套間直接放入滾動體，因此結(jié)構(gòu)緊湊。此外，軸頸與軸套上一般不加工出圓弧形滾道，因此容易達到較高的尺寸和形狀精度，所以在機電一體化系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，或因標準滾動軸承無法滿足軸系精度要求時，就自行設計非標準滾動軸承軸系。非標準滾動軸承軸系又可分為普通非標準滾動軸承軸系和密珠軸系兩種。1)圓柱—止推。如圖(a)所示，其徑向載荷和徑向回轉(zhuǎn)精度由徑向圓柱形軸承承受和保證，而軸向載荷和軸向精度則由止推軸承承受和保證，這種軸系結(jié)構(gòu)形式最為常見。

2)圓錐—止推。如圖(c)所示，由兩個錐形軸承和一個止推軸承構(gòu)成。其徑向載荷及徑向精度由錐