機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第三章機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)法國(guó)人在1770年發(fā)明自行車(chē)，木質(zhì)的，腳蹬地方可前進(jìn)。機(jī)械系統(tǒng)1817年，卡爾·德萊斯給自行車(chē)多裝了個(gè)方向控制器。機(jī)械系統(tǒng)1.增加了導(dǎo)向裝置

1842年，索馬斯·麥克米倫為自行車(chē)裝上曲棍。機(jī)械系統(tǒng)2.增添了變速裝置

機(jī)械系統(tǒng)1869年德國(guó)斯圖加特出現(xiàn)了由后輪導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)的自行車(chē)，同時(shí)車(chē)上采用了滾動(dòng)軸承、飛輪、腳剎、彈簧等部件。3.進(jìn)行了材質(zhì)及零部件的改進(jìn)

機(jī)械系統(tǒng)1874年英國(guó)人勞森在自行車(chē)上別出心裁地裝上鏈條和鏈輪

4.增加了傳動(dòng)裝置

機(jī)械系統(tǒng)近代為了操作者的安全和舒適自行車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變革5.結(jié)構(gòu)形式的改變

機(jī)械系統(tǒng)6.傳動(dòng)裝置與結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)全電控制自行車(chē)、液壓傳動(dòng)自行車(chē)7.動(dòng)力的改進(jìn)

機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)美軍B-2隱身轟炸機(jī)機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)B-26轟炸機(jī)傳統(tǒng)的車(chē)削到數(shù)控車(chē)削機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)柔性制造單元——FMC機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)床機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)快速原型機(jī)RPM及其產(chǎn)品機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)未來(lái)機(jī)床機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)智能機(jī)器人機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)包括系統(tǒng)的框架和支承結(jié)構(gòu)、機(jī)械連接和傳動(dòng)系統(tǒng)，本章重點(diǎn)介紹傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法。機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)

對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求：

靜特性：傳動(dòng)精度

動(dòng)特性：穩(wěn)定性、快速性、可靠性機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)的控制模型機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸系導(dǎo)向機(jī)構(gòu)機(jī)座機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)成做操機(jī)器人1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)影響系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速性。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能功能：傳遞運(yùn)動(dòng)(速度、位移)和動(dòng)力(力、力矩)增速或減速；變速；改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律或形式動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動(dòng)力(力矩）1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和給定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，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。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求，在動(dòng)力源的帶動(dòng)下完成預(yù)定的操作，一般要求具有較高的靈敏度、精確度、良好的重復(fù)性和可靠性等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)涂層刀具4、軸系

軸系由軸、軸承及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動(dòng)部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力。5、機(jī)座或機(jī)架

支撐其他零部件的基礎(chǔ)部件，它既能承受其他零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滾珠絲杠傳動(dòng)無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)同步齒形帶傳動(dòng)膜片彈性聯(lián)軸器導(dǎo)軌設(shè)計(jì)支承裝置主軸組件設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求1.高精度機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求2.良好的穩(wěn)定性抗振動(dòng)調(diào)心滾子軸承齒輪打印機(jī)主軸機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求3.快速響應(yīng)性質(zhì)量檢驗(yàn)流水線裝配快速響應(yīng)機(jī)械參數(shù)對(duì)性能的影響1.負(fù)載的變化負(fù)載工作負(fù)載（外力）慣性負(fù)載摩擦負(fù)載……匹配執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載變化機(jī)械參數(shù)對(duì)性能的影響2.傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性慣性驅(qū)動(dòng)部件傳動(dòng)部件執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性對(duì)系統(tǒng)的影響：傳動(dòng)系統(tǒng)的起停特性控制的快速響應(yīng)性位移偏差速度偏差機(jī)械參數(shù)對(duì)性能的影響3.傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率式中：k——系統(tǒng)剛度，N/m；m——系統(tǒng)質(zhì)量，kg。機(jī)械參數(shù)對(duì)性能的影響4.傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦與潤(rùn)滑影響摩擦力傳動(dòng)精度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響摩擦力導(dǎo)軌材料導(dǎo)軌形狀潤(rùn)滑條件環(huán)境溫度機(jī)械參數(shù)對(duì)性能的影響5.傳動(dòng)系統(tǒng)中的間隙影響零件傳動(dòng)間隙傳動(dòng)精度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性間隙類(lèi)型：齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙絲杠螺母的傳動(dòng)間隙絲杠軸承的軸向間隙聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等什么是失動(dòng)量？傳動(dòng)死區(qū)也稱(chēng)為失動(dòng)量。斜齒輪傳動(dòng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展水平的限制，機(jī)電一體化各種元器件還不能完全滿足需要。導(dǎo)致機(jī)械傳動(dòng)鏈還不能完全取消

為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，要盡可能的減少甚至取消機(jī)械傳動(dòng)鏈，能做到嗎？怎么做到！機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)螺旋傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)高速帶傳動(dòng)各種非線性傳動(dòng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求：傳動(dòng)間隙小、精度高低摩擦、體積小、重量輕運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、響應(yīng)速度快傳遞扭矩大、高諧振頻率機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：絲杠螺母齒輪齒輪齒條鏈輪鏈條帶、帶輪纜繩、繩輪杠桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)摩擦輪萬(wàn)向節(jié)軟軸蝸輪蝸桿間歇機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)絲杠螺母滾珠絲杠滑動(dòng)絲杠絲杠測(cè)試機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪直齒輪斜齒輪齒輪傳動(dòng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪齒條

具有齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)較大的直線位移，負(fù)載能力大，廣泛應(yīng)用于大型機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿滾齒

其特點(diǎn)是傳動(dòng)比大、輸出軸與輸入軸垂直、結(jié)構(gòu)緊湊、可反向自鎖，傳動(dòng)效率低。蝸桿傳動(dòng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)錐齒輪斜齒錐齒輪

傳遞空間兩相交軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)，適合高速、重載，通常取大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，精度比圓柱齒輪差。錐齒輪錐齒擺桿機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)漸開(kāi)線行星齒輪擺線針輪行星齒輪諧波齒輪

傳動(dòng)比范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、傳動(dòng)精度高、適合于各種傳動(dòng)，特別是與電機(jī)構(gòu)成伺服機(jī)組。行星齒輪機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈輪鏈條機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶、帶輪機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)纜繩、繩輪可以實(shí)現(xiàn)較大的直線位移、重量輕、噪聲小、驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)?？赡墚a(chǎn)生打滑，傳遞運(yùn)動(dòng)不精確。應(yīng)用于大型天車(chē)、升降機(jī)構(gòu)等的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。太空電梯

天車(chē)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)配氣連桿機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)中國(guó)援助日本62米泵車(chē)三一重工

機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)取不同的構(gòu)件為機(jī)架機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的雙頂置凸輪軸

凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦輪機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)萬(wàn)向節(jié)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器萬(wàn)向節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)萬(wàn)向節(jié)十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)1、結(jié)構(gòu)：軸承蓋萬(wàn)向節(jié)叉滾針軸承安全閥十字軸機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)萬(wàn)向節(jié)變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間變速器與分動(dòng)器之間驅(qū)動(dòng)橋的半軸斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸轉(zhuǎn)向軸機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軟軸行駛操縱推拉軟軸

儀器儀表用軟軸

機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)精密間歇穿動(dòng)機(jī)間歇機(jī)構(gòu)1槽輪機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

它是系統(tǒng)的機(jī)械負(fù)載，要產(chǎn)生功耗，影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度、靈敏度、固有頻率和阻尼特性。它取決于質(zhì)量的大小和質(zhì)量分布。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的影響(1)機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大；(2)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低；(3)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；(4)電氣驅(qū)動(dòng)部件的諧振頻率降低，阻尼增大等。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到特定軸（一般是伺服電機(jī)軸）上，然后將這些折算的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包括特定軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求和，獲得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)特定軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

齒輪、聯(lián)軸器、絲杠和軸等接近于圓柱體的零件都可以用上式計(jì)算或估算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大對(duì)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。積分計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：齒輪1：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：齒輪2：動(dòng)能守恒機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：齒輪3：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：齒輪4：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、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：υ:ω=S:2π機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直線移動(dòng)工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：絲杠折算到電機(jī)軸上工作臺(tái)折算到絲杠上機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

齒輪齒條傳動(dòng)時(shí)折算到小齒輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：υ=ωR機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

工作臺(tái)折算到帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：υ=ωRmωυR已知：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JM，工作臺(tái)及其刀架的質(zhì)量m，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JS,導(dǎo)程為L(zhǎng),齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1,齒數(shù)為Z1;齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J2,齒數(shù)為Z2;齒輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J3,齒數(shù)為Z3;齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J4,齒數(shù)為Z4;。試求負(fù)載折算到電機(jī)軸上總等效慣量Je及電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.解：根據(jù)能量守恒定律

阻尼是由于機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)件之間的摩擦力而產(chǎn)生的，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可視為帶有阻尼的質(zhì)量—彈簧系統(tǒng)。

阻尼對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響

系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度降低；系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越大，精度就降低；系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦?xí)p慢系統(tǒng)的響應(yīng)速度；如果機(jī)械系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率低，于是應(yīng)增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和衰減振動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼

系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，黏性阻尼系數(shù)c

越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。過(guò)阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)速度慢臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)快，振蕩衰減慢一般取機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼阻尼比：m—系統(tǒng)質(zhì)量K—系統(tǒng)剛度機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼臨界阻尼：許多大樓內(nèi)房間或衛(wèi)生間的門(mén)上在裝備自動(dòng)關(guān)門(mén)的扭轉(zhuǎn)彈簧的同時(shí)，都相應(yīng)地裝有阻尼鉸鏈，使得門(mén)的阻尼接近臨界阻尼，這樣人們關(guān)門(mén)或門(mén)被風(fēng)吹動(dòng)時(shí)就不會(huì)造成太大的聲響。過(guò)阻尼：當(dāng)自動(dòng)門(mén)上安裝的阻尼鉸鏈?zhǔn)归T(mén)的阻尼達(dá)到過(guò)阻尼時(shí)，自動(dòng)關(guān)門(mén)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼粘性阻尼系數(shù)的折算計(jì)算所有傳動(dòng)部件的粘性阻尼系數(shù)折算到電機(jī)軸上的總等效粘性阻尼系數(shù)c′：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2、阻尼計(jì)算所有傳動(dòng)部件折算到電機(jī)軸上的粘性阻尼系數(shù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性3、剛度

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。系統(tǒng)剛度彈性變形變小失動(dòng)量系統(tǒng)剛度固有頻率增高避免共振系統(tǒng)剛度系統(tǒng)穩(wěn)定性壓桿（a）微小的側(cè)向干擾力（b）干擾力解除后恢復(fù)（c）大于等于壓力的極限值Fcr，不能恢復(fù)原有的直線形狀或失穩(wěn)拉桿當(dāng)受拉桿件的應(yīng)力達(dá)到屈服極限或強(qiáng)度極限時(shí)，將引起塑性變形或斷裂。拉壓剛度的計(jì)算絲杠螺母機(jī)構(gòu)的拉壓剛度是由絲杠機(jī)構(gòu)的拉壓剛度KL，絲杠螺母副的接觸剛度KN，及絲杠軸承的支承KB三部分組成。

式中：KB

－絲杠軸承的支撐剛度，K’B與絲杠的軸向支承形式有關(guān)，一端軸向支承取K’B

=KB

，兩端軸向支承取K’B

=2KB。

KN絲杠螺母的軸向接觸剛度，與絲杠螺母副的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，絲杠螺母的預(yù)緊可提高軸向接觸剛度。KB和KN均可從產(chǎn)品樣本中查得。拉壓剛度的計(jì)算絲杠螺母機(jī)構(gòu)的總拉壓剛度K0：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2l－受力點(diǎn)到支撐端的距離，m拉壓剛度的計(jì)算（1）一端軸向支撐的絲杠，其拉壓剛度為：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2L－絲杠的全部工作長(zhǎng)度，m拉壓剛度的計(jì)算當(dāng)工作臺(tái)位于距離支撐端最遠(yuǎn)位置時(shí)（受力點(diǎn)到支撐端的距離最大），絲杠的全部工作長(zhǎng)度L都受力，則剛度最小：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2l－受力點(diǎn)到支撐端的距離，mL－絲杠的全部工作長(zhǎng)度，m拉壓剛度的計(jì)算（2）兩端軸向支撐的絲杠，其拉壓剛度為：式中：d－絲杠的中徑，m

E－材料的拉壓彈性模量，N/m2L－絲杠的全部工作長(zhǎng)度，m拉壓剛度的計(jì)算當(dāng)工作臺(tái)位于兩支承點(diǎn)的中點(diǎn)位置時(shí)

，絲杠的拉壓剛度為最?。菏街校篸－絲杠的中徑，m

G－材料的剪切彈性模量，N/m2

l－扭矩在絲杠上的作用長(zhǎng)度，m絲杠扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

1）采用彈性模量高的材料名

稱(chēng)

彈性模量E

切變模量G

泊松比μ

GPa

GPa

───────────────────────────────────

鎳鉻鋼

206

79.38

0.25-0.30

合金鋼

206

79.38

0.25-0.30

碳鋼

196-206

79

0.24-0.28

鑄鋼

172-202

0.3

球墨鑄鐵

140-154

73-76

0.23-0.27玻璃

55

22

0.25大理石

55

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

2）合理選擇零件的截面形狀和尺寸

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

3）對(duì)齒輪、絲杠、軸承等施加預(yù)緊力

例題：機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示,電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=0.0032kg.m2,工作臺(tái)及刀架質(zhì)量m=600kg,滾珠絲桿中徑d=48mm,導(dǎo)程L=8mm,絲桿總長(zhǎng)ls=1.84m,絲桿螺紋有效長(zhǎng)度lmax=1.2m,齒輪齒數(shù)分別為Z1=20,Z2=40,Z3=20,Z4=48,模數(shù)2.5,齒寬B=25mm。(絲桿、齒輪材料密度ρ=7.8×103kg/m3)；當(dāng)其為一端軸向支撐絲杠系統(tǒng)時(shí)，若預(yù)緊后絲杠支承軸向剛度KB=2.14×109N/m，絲杠螺母間的接觸剛度KN=1.72×109N/m，絲杠的最大工作長(zhǎng)度lmax=1.2m，拉壓彈性模量E=2.1×1011N/m2

，剪切彈性模量G=8.1×1010N/m2

，試求1.絲杠螺母系統(tǒng)的最小拉壓剛度和最小扭轉(zhuǎn)剛度。2.絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)質(zhì)量為600kg，求其縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的最小固有頻率。

（1）計(jì)算絲杠螺母系統(tǒng)的最小拉壓剛度由于絲杠為一端軸向支承，故：則最小拉壓剛度為：（2）系統(tǒng)固有頻率的計(jì)算忽略絲杠本身的質(zhì)量，則工作臺(tái)縱向振動(dòng)的最小固有頻率為：最小扭轉(zhuǎn)剛度為：計(jì)算負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je則折算到絲杠軸上的系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

忽略電動(dòng)機(jī)軸和齒輪軸的扭轉(zhuǎn)變形，系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的最小固有頻率為：

電動(dòng)機(jī)軸上的系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性3、剛度

計(jì)算所有傳動(dòng)部件剛度系數(shù)折算到電機(jī)軸上的總等效扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)k。kgksk4k3k2k1v機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性3、剛度

爬行現(xiàn)象當(dāng)絲杠2作較低的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)3可能會(huì)出現(xiàn)一快一慢或跳躍式的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為爬行。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性4、摩擦伺服傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力主要產(chǎn)生于導(dǎo)軌副，其摩擦特性隨材料和表面形狀的不同而有很大差別。

1）產(chǎn)生爬行的原因和過(guò)程

主動(dòng)件1做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在彈簧力小于靜摩擦力F時(shí)，3不動(dòng)。當(dāng)彈簧力大于靜摩擦力F時(shí)，3開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，摩擦阻力突然降低，使得3加速向前，產(chǎn)生跳躍式運(yùn)動(dòng)。同時(shí)彈簧伸長(zhǎng)，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3的速度降低，動(dòng)摩擦力增大，直到3停止運(yùn)動(dòng)。由于，主動(dòng)件1在做勻速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件的這種反復(fù)跳躍、靜止的現(xiàn)象就稱(chēng)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(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。②進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。③運(yùn)動(dòng)速度太低。

2）消除爬行現(xiàn)象的途徑①提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度a．提高各傳動(dòng)件或組件的剛度，減小各傳動(dòng)軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃?dòng)絲杠的直徑，縮短傳動(dòng)絲杠的長(zhǎng)度，減少和消除各傳動(dòng)副之間的間隙。b．盡量縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)件和彈性變形量c．合理分配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力小，變形小。

②減少摩擦力的變化a．用滾動(dòng)摩擦、流體摩擦代替滑動(dòng)摩擦。如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動(dòng)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(yùn)動(dòng)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。

傳動(dòng)誤差指輸入軸單向回轉(zhuǎn)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)角的實(shí)際值相對(duì)于理論值的變動(dòng)量。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度

回程誤差指輸出軸不能立即隨著輸入軸方向回轉(zhuǎn)，即方向回轉(zhuǎn)時(shí)輸出軸產(chǎn)生滯后。傳動(dòng)精度

不同形式的傳動(dòng)，達(dá)到的精度是不同的。一般來(lái)說(shuō)，圓柱齒輪與斜齒輪機(jī)構(gòu)的精度較高，渦輪蝸桿次之，圓錐齒輪則更次之。在行星齒輪機(jī)構(gòu)中，諧波齒輪精度最高，漸開(kāi)線行星齒輪、少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)次之，擺線針輪行星齒輪機(jī)構(gòu)更次之。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度

減少傳動(dòng)誤差的措施提高零部件本身的精度合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈采用消隙機(jī)構(gòu)5、傳動(dòng)精度合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈交流伺服電動(dòng)機(jī)ABCDEFGH若已知ΔA,ΔB,ΔC,ΔD,ΔE,ΔF,ΔG,ΔH，iAB,

iCD,iEF，iGH求總轉(zhuǎn)角誤差。5、傳動(dòng)精度合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈交流伺服電動(dòng)機(jī)ABCDEFGH若已知ΔAB，ΔEF，ΔGH，ΔCD，iAB,

iCD,iEF,iGH求總轉(zhuǎn)角誤差。交流伺服電動(dòng)機(jī)(a)(b)交流伺服電動(dòng)機(jī)CDABEFGH若ΔAB=ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,

iAB=1.5,

iCD=2,iEF=2,iGH=3ABEFGHDC交流伺服電動(dòng)機(jī)(a)交流伺服電動(dòng)機(jī)(b)CDABEFGH若ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,ΔAB=2ΔiAB=2,

iCD=2,iEF=2,iGH=2ABEFGHDC機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈(a)移像器度盤(pán)ABCD(b)移像器度盤(pán)ABCDB從動(dòng)ZB120A主動(dòng)ZA20機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度

方案a中，A為輸入軸，D為輸出軸，ΔCD=ΔAB=Δ問(wèn)：那種方案好?！痢痢痢痢罿B120ZC1D從動(dòng)ZD60C主動(dòng)

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1/6)Δ=(70/60)ΔZD60（a）（b）B從動(dòng)ZB120A主動(dòng)ZA20機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度若ΔCD=1.18Δ

ΔAB=Δ×××××ZB120ZC1D從動(dòng)ZD60ZD60C主動(dòng)

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1.18+1/60)Δ=(7.18/6)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1.18/6)Δ=(7.18/6)Δ（a）（b）B從動(dòng)ZB20A主動(dòng)ZA120機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性5、傳動(dòng)精度×××××ZB20ZC1D從動(dòng)ZD60C主動(dòng)

ZC1ZA120Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+6)Δ=7ΔZD60（a）（b）若ΔCD=ΔAB=Δ機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)二、齒輪傳動(dòng)三、諧波齒輪傳動(dòng)四、同步帶傳動(dòng)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、工作原理

在絲杠和螺母的螺紋間放置滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿滾道滾動(dòng)，使絲杠和螺母作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在螺母（或絲杠）上有滾珠返回的通道，與滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

螺桿歷史一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(a)螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。(b)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)。(c)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠移動(dòng)。(d)絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(a)單圓弧滾道，其加工成型比較簡(jiǎn)單，容易得到較高的加工精度。但接觸角隨間隙及軸向載荷變化，故傳動(dòng)效率、承載能力和軸向剛度不穩(wěn)定(b)雙圓弧滾道，接觸角基本保持不變，則效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定，滾道加工困難一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

按滾珠的循環(huán)方式不同：1）外循環(huán)：

多圈一個(gè)循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中一部分滾珠與絲杠脫離接觸。該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，但彎管突出于螺母外部，外形尺寸較大。2、結(jié)構(gòu)形式2）內(nèi)循環(huán)：一圈一個(gè)循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中滾珠與絲杠始終不脫離接觸。其優(yōu)點(diǎn)是徑向尺寸緊湊，剛性好，因滾道較短，滾珠數(shù)量少、摩擦損失小、傳動(dòng)效率高。缺點(diǎn)是反向器加工困難。

滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，越過(guò)絲杠的牙頂，進(jìn)入相鄰滾道，形成循環(huán)回路。螺桿介紹3、滾珠絲杠的特點(diǎn)

1）傳動(dòng)效率高

3）傳動(dòng)精度高

由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無(wú)爬行、間隙小，通過(guò)預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。故可達(dá)到較高的定位精度。其中：

——中徑處的螺旋升角

——當(dāng)量摩擦角

（8′

-12′）一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達(dá)90%-95%。

2）運(yùn)動(dòng)具有可逆性

回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變直線運(yùn)動(dòng)

正傳動(dòng)

直線運(yùn)動(dòng)變回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

逆?zhèn)鲃?dòng)

同時(shí)，通過(guò)對(duì)螺母施加預(yù)載荷，增加剛度，從而可提高精度。4）磨損小，使用壽命長(zhǎng)

滾珠、滾道、絲杠、螺母都經(jīng)過(guò)淬火、硬化處理硬度高HRC58-65，高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲杠副的4～10倍以上。

5）不能自鎖

垂直安裝時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母在重力作用下下滑，故需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的制動(dòng)或鎖緊裝置。6）制造工藝復(fù)雜，成本高：滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。4、滾珠絲杠軸向間隙的調(diào)整

軸向間隙包括兩部分

滾珠與螺母原有的間隙承載時(shí)滾珠與滾道彈性變形引起的間隙

當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，間隙會(huì)使運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空程，從而影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。

通常采用雙螺母預(yù)緊的方法消除間隙，提高剛度。

墊片調(diào)隙式

螺紋調(diào)隙式

齒差調(diào)隙式

滾珠絲杠1、墊片調(diào)隙式

通過(guò)改變調(diào)整墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機(jī)構(gòu)。2、螺紋調(diào)隙式

通過(guò)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。3、齒差調(diào)隙式在兩螺母1、4的凸緣上切制有圓柱外齒，齒數(shù)記為Z

1、Z4

，且Z

4-Z1=1，分別與內(nèi)齒輪2、3嚙合。調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪2、3，使兩螺母1、4產(chǎn)生相對(duì)位移（即根據(jù)間隙大小，在同方向轉(zhuǎn)一個(gè)或幾個(gè)齒），然后將內(nèi)齒輪2、3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——螺母同方向轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)P——絲杠的導(dǎo)程例：若Z1=99，Z4=100，n=1,p=6mm

則δ=p/(Z1Z4)=6mm/9900=0.6μm

該結(jié)構(gòu)調(diào)整的精度高，工作可靠；但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，成本較高。5、預(yù)緊力的施加方法

滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其反向傳動(dòng)精度。通常采用雙螺母預(yù)緊或單螺母（大滾珠、大導(dǎo)程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。(1)雙螺母預(yù)緊原理

根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式：當(dāng)墊片厚度較厚時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，當(dāng)墊片厚度較薄時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”，以消除軸向間隙。(2)單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）

為了補(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其四點(diǎn)接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力；為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。(3)單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）

偏置導(dǎo)程法原理是在螺母中部，將其導(dǎo)程增加一個(gè)預(yù)壓量Δ，以達(dá)到預(yù)緊的目的。

目前市場(chǎng)上的滾珠絲杠副的軸向間隙常為0.05mm，而加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。

消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

（1）預(yù)緊力大小必須合適預(yù)緊力過(guò)小不能保證無(wú)隙傳動(dòng)；過(guò)大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。

預(yù)緊力應(yīng)不超過(guò)最大軸向負(fù)載的1/3。

（2）特別要注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。這些間隙用預(yù)緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。6.

滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法

(1)．主要尺寸

公稱(chēng)直徑、導(dǎo)程、螺旋升角等。

(2).精度等級(jí)

《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為七個(gè)等級(jí)：1、2、3、4、5、7、10。1級(jí)最高，依次遞減。根據(jù)使用范圍，滾珠絲杠副可分為定位P類(lèi)和傳動(dòng)T類(lèi)。

(3).標(biāo)注方法一、滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺母冷卻后，安裝了滾珠絲杠的機(jī)床等便可以實(shí)現(xiàn)高速化和高精度化。螺母冷卻滾珠絲杠產(chǎn)品介紹6.滾珠絲杠副的安裝滾動(dòng)軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。徑向接觸球軸承調(diào)心球軸承推力滾子軸承

6.滾珠絲杠副的安裝滾動(dòng)軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)當(dāng)滾動(dòng)軸承同時(shí)承受徑向和軸向載荷時(shí)，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較小時(shí)可選用深溝球軸承。角接觸球軸承圓錐滾子軸承深溝球軸承6.滾珠絲杠副的安裝滾動(dòng)軸承的選擇（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對(duì)安裝使用。一般滾子軸承比球軸承的承載能力大，且承受沖擊載荷的能力強(qiáng)。（2）轉(zhuǎn)速一般軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于極限轉(zhuǎn)速。深溝球軸承、角接觸球軸承和圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。（3）支承限位要求固定支承限制兩個(gè)方向的軸向位移，可選用能承受雙向軸向載荷的軸承；單向限位支承可選用能承受單方向軸向載荷的軸承；游動(dòng)支承軸向不限位，可選用內(nèi)、外圈不可分離的向心軸承。雙列圓錐滾子軸承雙列角接觸球軸承（4）調(diào)心性能當(dāng)兩個(gè)軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)心性能好的調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承。調(diào)心球軸承調(diào)心滾子軸承（5）剛度要求一般滾子軸承的剛度大，球軸承的剛度小。角接觸球軸承、圓錐滾子軸承采用預(yù)緊方法可以提高支承的剛度。（6）其他要求徑向空間受限制的場(chǎng)合可選用滾針軸承或滾針和保持架組件；對(duì)軸承振動(dòng)、噪聲有要求的場(chǎng)合，可選用低噪聲軸承；此外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)供應(yīng)情況等。磁懸浮軸承排列方式：背對(duì)背

載荷作用中心間距大，承受力矩載荷能力強(qiáng)，軸系的角剛度大，適于懸臂軸支承；軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，軸承不會(huì)被卡死，但會(huì)使定位預(yù)緊的預(yù)緊量減少。排列方式：面對(duì)面

載荷作用中心間距小，軸受徑向載荷后撓度??；此排列結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便；軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，軸承容易被卡死，因此在安裝中應(yīng)特別注意軸承游隙的調(diào)整。排列方式：串聯(lián)

載荷作用中心處于軸承中心線的同一側(cè)，適于承受較大載荷的支承，為保證兩套或多套軸承軸向受載均勻，需仔細(xì)選配軸承內(nèi)外圈寬度。

6.滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠的軸承組合方式、軸承座、螺母座以及其連接剛度，對(duì)絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，故在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)需認(rèn)真考慮。

為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時(shí)，才使用向心軸承為主的軸承組合。

以下列出了四種典型支承方式及其特點(diǎn)。雙推—雙推1．兩端分別安裝一對(duì)推力軸承和深溝球軸承，可以同時(shí)承受軸向和徑向載荷，軸向剛度最高；2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加軸向載荷較小，軸承壽命較高3．適宜高速、高剛度、高精度傳動(dòng)。單推—單推1．兩端分別安裝一個(gè)推力軸承和一個(gè)深溝球軸承，軸向剛度較高，主要用于承受軸向載荷；2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加軸向載荷較大，軸承壽命比方案（一）低；3．適宜中速、精度較高的傳動(dòng)系統(tǒng)。

雙推—簡(jiǎn)支1．固定端安裝有向心軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷；簡(jiǎn)支端用深溝球軸承進(jìn)行徑向約束，軸向剛度不高；2．固定端可進(jìn)行預(yù)拉伸安裝；3．適宜中速、精度較高的長(zhǎng)絲杠。

雙推—自由1．固定端采用向心軸承和雙向推力軸承組合方式，軸向剛度低；2．固定端可進(jìn)行預(yù)拉伸安裝；3．適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。

7.滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的已知條件：

工作載荷F(N)，或平均工作載荷Fm(N)，使用壽命(h)，絲杠的工作長(zhǎng)度(或螺母的有效行程)L(m)，絲杠的轉(zhuǎn)速n

（平均轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速nmax)(r／min)，滾道硬度HRC和運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

一般的設(shè)計(jì)步驟及方法如下：(1)．絲杠副的計(jì)算載荷Fc(N)

—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??；

—平均工作載荷（N）。載荷性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)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)1、23、4571.01.11.251.43—絲杠副的平均轉(zhuǎn)速（r/min）；

(2)．計(jì)算額定動(dòng)載荷

式中：—運(yùn)轉(zhuǎn)壽命（h）；

—計(jì)算載荷（N）。動(dòng)負(fù)載3．根據(jù)滾珠絲杠系列，選擇所需要的規(guī)格，使選所規(guī)格的絲杠副的額定動(dòng)載荷4．驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作穩(wěn)定性。如不滿足要求，則應(yīng)另選其它型號(hào)并重新驗(yàn)算。

5．對(duì)于低速（）傳動(dòng)，只按額定靜載荷計(jì)算即可。

例設(shè)計(jì)一數(shù)控銑床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm＝3800N，絲杠工作長(zhǎng)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(dòng)精度要求mm。

解：(1)求計(jì)算載荷Fc

查系數(shù)(2)根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷(3)根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，由查表得如下規(guī)格：規(guī)格型號(hào)公稱(chēng)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(dòng)負(fù)荷Ca(KN)FFZD5006-550648.9445.9526.4故選FFZD5006-5，其中：

公稱(chēng)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(yàn)算：

①如設(shè)為雙推—簡(jiǎn)支，因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定性來(lái)求臨界載荷式中：E—絲杠的彈性模量，對(duì)鋼

—絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩

—長(zhǎng)度系數(shù)，兩端鉸接時(shí)，m故絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡(jiǎn)支F—S雙推—雙推F—F安全系數(shù)3~42.5~3.3—長(zhǎng)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(yàn)證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)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(jì)算：所以不會(huì)發(fā)生共振。（5）剛度驗(yàn)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(gè)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(duì)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(zhǎng)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(dòng)精度的1/2，即

故絲杠的剛度滿足要求。（6）效率驗(yàn)算滾珠絲杠副的傳動(dòng)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(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)FZD5006-5各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。二、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

其工藝性好、適用范圍廣、可實(shí)現(xiàn)大功率或者高精度傳動(dòng)，能承載重載、摩擦小、強(qiáng)度大、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)，不易實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比、體積較大。傳動(dòng)比的最佳選擇及其分配分為一級(jí)（反向）、二級(jí)（同向）、三級(jí)（反向）等傳動(dòng)形式。（1）齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比θm代表電動(dòng)機(jī)的角位移θL代表負(fù)載的角位移傳動(dòng)比的最佳選擇及其分配iMLδαα/i:δ=360°:L

α/i:δ=360°:zt

總傳動(dòng)比的確定(試湊法)a)對(duì)于開(kāi)環(huán)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，總傳動(dòng)比為：

i=(α×S)/(360°×δ)傳動(dòng)鏈末端為絲杠螺母副

i=(α×zt)/(360°×δ)傳動(dòng)鏈末端為齒輪、齒條式中：α為步進(jìn)電機(jī)步距角，單位：度/脈沖

S為絲杠螺距，單位：mm

δ為脈沖當(dāng)量，單位：mm/脈沖

z為齒輪齒數(shù)，

t為齒輪節(jié)距，t=mπ，單位：mm總傳動(dòng)比的確定(試湊法)b)對(duì)于閉環(huán)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，總傳動(dòng)比為：

i=(nmax×S)/vmax

傳動(dòng)鏈末端為絲杠螺母副

i=(nmax×tz)/vmax

傳動(dòng)鏈末端為齒輪、齒條式中：nmax伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位：r/min

S為絲杠螺距，單位：mm

vmax工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，單位mm/min

z為齒輪齒數(shù)，

t為齒輪節(jié)距，t=mπ，單位：mm最佳總傳動(dòng)比的確定首先把傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載綜合為系統(tǒng)的總負(fù)載，方法有：a)峰值綜合法：若各種負(fù)載為非隨機(jī)性負(fù)載，將各負(fù)載的峰值取代數(shù)和。b)均方根綜合法：若各種負(fù)載為隨機(jī)性負(fù)載，取各負(fù)載的均方根。負(fù)載綜合時(shí)，要轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上，成為等效峰值綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩或等效均方根綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩。使等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小或負(fù)載加速度最大的總傳動(dòng)比，即為最佳總傳動(dòng)比。JmTmθmiJLTcTfθLMGL

上圖為傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算模型。轉(zhuǎn)子慣量為Jm、輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)m的伺服電機(jī)通過(guò)齒輪系，其折算的電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Je

，帶動(dòng)慣量為JL

、工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)c

、摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)f的負(fù)載。設(shè)齒輪系的傳動(dòng)效率為η，傳動(dòng)比為i。JmTmθmiJLTcTfθLMGL1、負(fù)載加速度最大的總傳動(dòng)比

Tc和Tf

折算到電機(jī)軸上分別為:Tc/i

和Tf/i

、JL折算到電機(jī)軸上為:JL/i2

。2、等效峰值綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動(dòng)比令峰值綜合工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩和摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為T(mén)cp和Tfp

、換算到電機(jī)軸上的等效峰值負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)emp，則：2、等效峰值綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動(dòng)比與之對(duì)應(yīng)的等效峰值綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最小值為：此時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：3、等效均方根綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小的總傳動(dòng)比令均方根綜合工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩和摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為T(mén)cR和TfR，折算到電機(jī)軸上的等效均方根綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)emR，則：

（2）總傳動(dòng)比分配齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇合理的傳動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)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(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。可按下述三種原則適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。二、齒輪傳動(dòng)1)

最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。

如圖，簡(jiǎn)化假設(shè)傳動(dòng)效率100%，各主動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同，不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，各齒輪均為同寬度同材料的實(shí)心圓柱體，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：即：令:可得對(duì)于n級(jí)齒輪系作同類(lèi)分析可得：

按此原則計(jì)算的各級(jí)傳動(dòng)比是按“先小后大”的次序分配的，故可使其結(jié)構(gòu)緊湊。

例如：有i=80，n=4的小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。解得：(2)質(zhì)量最輕原則

對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比滿足，即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。注意：上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)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(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)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(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度，各級(jí)傳動(dòng)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(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則式中：

—第個(gè)K齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

—第K個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)軸至第n級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比各級(jí)傳動(dòng)比設(shè)計(jì)原則：1、對(duì)于要求體積小、質(zhì)量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可用質(zhì)量最輕原則。2、對(duì)于要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、啟動(dòng)頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來(lái)處理。3、對(duì)于以提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的傳動(dòng)齒輪系，按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。4、對(duì)以較大傳動(dòng)比傳動(dòng)的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系巧妙地結(jié)合為混合輪系。5、對(duì)于傳動(dòng)比相當(dāng)大并且要求傳動(dòng)精度與傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、體積小、重量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，可選用新型的諧波齒輪傳動(dòng)。3齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法

(1)

圓柱齒輪傳動(dòng)

(a)

偏心套(軸)調(diào)整法

將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。

(b)軸向墊片調(diào)整法齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，利用軸向墊片3使齒輪1沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。

(c)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法

將相嚙合一個(gè)齒輪做成兩個(gè)薄齒輪，另外一個(gè)為厚齒輪。

工作時(shí)，通過(guò)彈簧力，使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)、另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙。此法使得齒輪在反向回轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。(2)錐齒輪傳動(dòng)

(a)軸向壓簧調(diào)整法

在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側(cè)間隙。

(b)周向彈簧調(diào)整法

將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片(1、2)，大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。三、諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)：1、傳動(dòng)比大、范圍寬2、承載能力高3、傳動(dòng)精度高5、傳動(dòng)平穩(wěn)6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，重量輕7、傳動(dòng)效率高8、具有通過(guò)密封壁傳動(dòng)能力9、成本高行星齒輪

諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十~幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn).

故在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。

諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理以通用諧波減速器為例，由于柔輪比剛輪的齒數(shù)少2個(gè)，所以當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔輪向相反方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒的角度，從而實(shí)現(xiàn)了大的傳動(dòng)比。三、諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪諧波傳動(dòng)

諧波傳動(dòng)由三個(gè)主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。三、諧波齒輪傳動(dòng)⑴當(dāng)橢圓形的波發(fā)生器3裝入柔輪2內(nèi)孔時(shí)，由于3的總長(zhǎng)度略大于2的內(nèi)孔直徑，故柔輪2變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪2與剛輪1輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開(kāi)。⑵至于其余各處，則視柔輪2回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。

⑶當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪2長(zhǎng)短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開(kāi)處也隨之不斷變化，于是在柔輪2與剛輪1之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。

諧波齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)的一種變型，波發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，而剛輪相當(dāng)于中心輪內(nèi)齒圈。單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算有兩種情況：

一種是剛輪固定，波發(fā)生器輸入、柔輪輸出，傳動(dòng)比為：

一種是柔輪固定，波發(fā)生器輸入、剛輪輸出，傳動(dòng)比為：

當(dāng)柔輪齒數(shù)Zr=200，剛輪齒數(shù)Zg=202時(shí)，分別求出當(dāng)剛輪固定柔輪輸出和柔輪固定剛輪輸出時(shí)的傳動(dòng)比。

剛輪固定柔輪輸出的傳動(dòng)比為：

柔輪固定剛輪輸出的傳動(dòng)比為：諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用常見(jiàn)的諧波齒輪減速器標(biāo)記代號(hào)如下圖XB180-100-1-3/3三、諧波齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品代號(hào)，XB1為單級(jí)臥式諧波減速機(jī)精度等級(jí)最大空轉(zhuǎn)小于3分最大傳動(dòng)誤差小于3分1為整機(jī)，2為三大件減速比為10080機(jī)型，柔輪內(nèi)徑為80mm諧波齒輪減速機(jī)選用1、首先確定產(chǎn)品類(lèi)型，無(wú)特殊要求的情況下，盡量選用XB1系列，如軸向尺寸要求小，選用XB3，大傳動(dòng)比選XB2或串聯(lián)XB1。

2、根據(jù)樣本中的圖表參數(shù)選型時(shí)需確定以下三項(xiàng)參數(shù)：

（a）傳動(dòng)比或輸出轉(zhuǎn)速（r/min)

（b）減速機(jī)輸入功率（kw)

（c）額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)

3、如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)分別確定：

工作條件為“恒功率”時(shí)按最低轉(zhuǎn)速選用機(jī)型；工作條件為“恒扭矩”時(shí)，按最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。諧波齒輪減速機(jī)選用

4、選用減速機(jī)輸入功率Pr與輸出扭矩Tc的計(jì)算:諧波齒輪減速機(jī)選用P

—減速機(jī)額定輸入功率（KW）T

—減速機(jī)額定輸出扭矩（N.m）K

—工況系數(shù)（見(jiàn)下表）

工況系數(shù)K值表諧波齒輪減速機(jī)選用諧波齒輪減速機(jī)選用5、減速機(jī)輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時(shí)，需要校驗(yàn)軸伸的懸臂負(fù)荷Fc，校驗(yàn)公式為：T—減速機(jī)額定輸出扭矩（N.m）

K

—工況系數(shù)D—齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑(m)ξ—懸臂負(fù)荷系數(shù)（齒輪ξ=1.5；鏈輪ξ=1.2；三角皮帶輪ξ=2；平皮帶輪ξ=2.5)諧波總介四、同步帶傳動(dòng)

同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。其于1940年由美國(guó)尤尼羅(Unirayal)橡膠公司首先加以開(kāi)發(fā)。

1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機(jī)針和繞線管的同步傳動(dòng)上，取得顯著效益，以后被逐漸引用到其他機(jī)械傳動(dòng)上。同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格:

如下左圖所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。工業(yè)用同步帶帶輪形狀如下右圖所示。承載繩：用于傳遞動(dòng)力和保持節(jié)距不變，采用抗拉強(qiáng)度較高、伸長(zhǎng)率較小的材料制造。鋼絲玻璃纖維芳香族聚酰胺纖維帶齒與帶背：帶齒直接與帶輪嚙合，要求剪切強(qiáng)度和耐磨性高，耐熱性和耐油性好。背帶用于連接和包覆承載繩，要求柔韌性和抗彎強(qiáng)度高，與承載繩的粘結(jié)性好。氯丁橡膠

聚氨酯橡膠

同步帶輪：同步帶輪參數(shù)為規(guī)格型號(hào)、齒數(shù)、帶輪內(nèi)孔、鍵槽、寬度、是否帶擋圈等尺寸。鋼鋁合金鑄鐵黃銅四、同步帶傳動(dòng)1.同步帶的類(lèi)型

(1)．按用途分：(a)一般工業(yè)用同步帶傳動(dòng)：齒形呈梯形，主要用于各種中、小功率機(jī)械。(b)高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng)：齒形呈圓弧形，主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)(c)特種規(guī)格同步帶傳動(dòng)：滿足某種機(jī)械（如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)）的特殊需要。(d)特殊用途同步帶：適應(yīng)特殊工作條件，如耐油、耐溫、高電阻、低噪聲、特殊尺寸等。四、同步帶傳動(dòng)(2)．按齒形分：(a)梯形齒：為ISO及我國(guó)目前的同步帶標(biāo)準(zhǔn)齒形，型號(hào)及齒形參數(shù)均以標(biāo)準(zhǔn)化。(b)圓弧齒：目前有各國(guó)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，逐步正產(chǎn)生國(guó)際和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。四、同步帶傳動(dòng)(3).按規(guī)格分(a)模數(shù)制：基本參數(shù)是模數(shù)m(d=mz=pz/π)，根據(jù)模數(shù)確定帶的各種型號(hào)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。60

年代以來(lái)，應(yīng)用范圍逐漸減少。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國(guó)仍采用模數(shù)制。(b)節(jié)距制：基本參數(shù)是英制帶齒節(jié)距，根據(jù)節(jié)距確定相應(yīng)型號(hào)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算單位由英制換算，目前為ISO及我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。(3)DIN公制節(jié)距

DIN(DeutschesInstitutfǖrNormung)德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

DIN米制節(jié)距是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定的同步帶傳動(dòng)規(guī)格。其主要參數(shù)為帶齒節(jié)距，但標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計(jì)量單位為公制。在我國(guó)，由于德國(guó)進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國(guó)也有應(yīng)用。2.同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)(1)．工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比(2)．傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%，節(jié)能效果好(3)．傳動(dòng)比范圍大，可達(dá)10左右，結(jié)構(gòu)緊湊(4)．維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低(5)．惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作缺點(diǎn)：中心距要求及其嚴(yán)格，安裝困難制造工藝復(fù)雜制造成本高四、同步帶傳動(dòng)4.同步帶的設(shè)計(jì)

(1)．失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則同步帶傳動(dòng)主要失效形式有：

(a)

承載繩斷裂原因是帶型號(hào)過(guò)小和小帶輪直徑過(guò)小等。

(b)

爬齒和跳齒原因是同步帶傳遞的圓周力過(guò)大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過(guò)大、帶的初拉力過(guò)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(guò)大等。在正常的工作條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。型號(hào)節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)角度β°MXL2.0320.511.1440XL5.0801.272.3050L9.5251.913.6040H12.702.294.3040XH22.2256.3511.2040XXH31.7509.5315.7040梯形齒規(guī)格型號(hào)標(biāo)記型號(hào)節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)角度β°T2.52.50.71.3040T551.202.2040T10102.504.5040T20205.008.0040AT551.202.7050AT10102.505.0050AT20205.008.0050T形齒規(guī)格型號(hào)標(biāo)記齒型代號(hào)型號(hào)節(jié)距(mm)齒高(mm)帶厚(mm)HTD2M20.751.363M31.172.45M52.063.88M83.366.0014M146.0210.0020M208.413.20HTD齒規(guī)格型號(hào)標(biāo)記(2)．同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)的已知條件為：

Pm需要傳遞的名義功率；

n1、n2主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比；1、確定帶的設(shè)計(jì)功率Pd工作機(jī)原動(dòng)機(jī)普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式、直流電機(jī)（并激）同步電動(dòng)機(jī)、多缸內(nèi)燃機(jī)大轉(zhuǎn)矩電機(jī)、直流電機(jī)（復(fù)激、串激）單缸內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間斷續(xù)使用每日3~5h普通使用每日8~10h斷續(xù)使用每日16~24h斷續(xù)使用每日3~5h普通使用每日8~10h斷續(xù)使用每日16~24hK1復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備1.01.21.41.21.41.6清掃機(jī)、縫紉機(jī)、辦公機(jī)械1.21.41.61.41.61.8數(shù)控機(jī)床、造紙機(jī)、印刷機(jī)1.41.61.81.61.82.0攪拌機(jī)、壓縮機(jī)、牛頭刨床1.51.71.91.71.92.1輸送機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)械1.61.82.01.82.02.2離心機(jī)、粉碎機(jī)、輸送機(jī)1.71.92.11.92.12.3陶土機(jī)械、礦山用混料機(jī)等1.82.02.22.02.22.4增速比系數(shù)K21.00~1.2401.25~1.740.11.75~2.490.22.50~3.490.3≥3.500.4壓緊輪的位置系數(shù)K3松邊內(nèi)則0松邊外側(cè)0.1緊邊內(nèi)側(cè)0.1緊邊外側(cè)0.2張緊輪修正系數(shù)增速傳動(dòng)修正系數(shù)2、選擇帶型和節(jié)距Pb

依照同步帶選型圖確定帶型與節(jié)距，選型圖水平坐標(biāo)為帶的設(shè)計(jì)功率Pd(kw)垂直坐標(biāo)為小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)。若所得交點(diǎn)落在兩種節(jié)距的分界線上，則盡可能選擇較小的節(jié)距。3

、確定帶輪齒數(shù)z和節(jié)圓直徑d

根據(jù)《最小帶輪選用齒數(shù)》確定小帶輪最少齒數(shù)z1，若傳動(dòng)布置和帶速許可，則z1應(yīng)取大些。大帶輪齒數(shù):z2=z1×i

小帶輪節(jié)圓直徑:d1=Pb×z1/π

大帶輪節(jié)圓直徑:d2=d1×i

同步帶傳動(dòng)速度:v=πd1n1/(60×1000)

帶限制速度：MXL~L型，40~50m/sH型，35~40m/sXH、XXH型，25~30m/s小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)帶型號(hào)MXLXXLXLLHXHXXH帶輪最小許用齒數(shù)<900——1012142222900~<1200121210121624241200~<1800141412141826261800~<3600161612162030—3600~<48001818151822——帶輪最小許用齒數(shù)4、同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度Lp、齒數(shù)zb及傳動(dòng)中心距C

式中C為傳動(dòng)中心距，初選按下式選?。?/p>

計(jì)算出的節(jié)線長(zhǎng)度Lp應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度圓整為L(zhǎng)0，同步帶齒數(shù)zb根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度計(jì)算：

此時(shí)傳動(dòng)中心距C為：5、校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)zm：6、確定實(shí)際所需同步帶寬度bs：(1)計(jì)算所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率P0：式中：Ta為各種型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下的許用圓周力(N)。

m為各種型號(hào)同步帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量(kg/m)。

v為同步帶傳動(dòng)速度(m/s)。(2)計(jì)算嚙合系數(shù)Kz：當(dāng)zm≥6，Kz=1；當(dāng)zm＜6，Kz=1-0.2(6-zm)查(3)計(jì)算齒寬系數(shù)Kω：

Kω=(bs/bs0)1.14；

bs0為基準(zhǔn)帶寬。(4)確定實(shí)際所需同步帶寬度bs：

所得的bs按標(biāo)準(zhǔn)帶寬圓整，如超過(guò)原選帶寬，則需重新設(shè)計(jì)。7、帶的工作能力驗(yàn)算將以上各值代入同步帶額定功率P的精確計(jì)算公式。若計(jì)算得P≥Pd即為合格。帶型號(hào)基準(zhǔn)寬度bs0(mm)作用圓周力Ta(N)單位長(zhǎng)度質(zhì)量m(kg/m)MXL6.4270.007XXL6.4310.010XL9.550.170.022L25.4244.460.095H76.22100.850.448XH101.64048.901.484XXH127.06398.032.473基準(zhǔn)寬度下許用圓周力和單位長(zhǎng)度質(zhì)量同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例

設(shè)計(jì)一精密車(chē)床的梯形齒同步帶傳動(dòng),已知電機(jī)額定功率Pm=5.5kw，額定轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳動(dòng)比i=2.4，軸間距約為450mm，每天工作8小時(shí)，設(shè)計(jì)選型梯形同步帶。1、確定設(shè)計(jì)功率同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例2、選定帶型和節(jié)距設(shè)計(jì)功率10.56kw,額定轉(zhuǎn)速1440r/min,則：H型梯形齒同步帶，節(jié)距Pb=12.7mm同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例3、選擇小帶輪齒數(shù)

Zmin=18，故取Z1=204、確定小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pb×Z1／π=12.7×20/π=80.85mm5、確定大帶輪齒數(shù)Z2=iZ1=2.4×20=486、確定大帶輪的節(jié)圓直徑d2=Pb×Z2／π=194.04mm同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例7、確定帶速v=(πd1n1)/(60×1000)=(π×80.85×1440r/min）/(60×1000)=6.1m/s8、確定初帶長(zhǎng)已知軸間距約為450mm同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例9、同步帶齒數(shù)Zb=Lp/Pb=1338.91/12.7=105.43，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)L0=1333.50，取Zb=10510、計(jì)算實(shí)際中心距同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)例11、計(jì)算小齒輪嚙合齒數(shù)同步帶傳動(dòng)的選型與計(jì)算實(shí)