第二章-機(jī)械受控模塊課件

第二章機(jī)械受控模塊齒輪及蝸桿副滾珠絲杠螺母副諧波齒輪減速器軸系導(dǎo)軌及支承件并聯(lián)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)要求第二章機(jī)械受控模塊齒輪及蝸桿副1第一節(jié)齒輪系及蝸桿副機(jī)械傳動(dòng)主要的三種形式：1.齒輪、蝸桿傳動(dòng)2.絲杠螺母傳動(dòng)3.諧波傳動(dòng)第一節(jié)齒輪系及蝸桿副機(jī)械傳動(dòng)主要的三種形式：2第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副工作可靠、傳動(dòng)比恒定、結(jié)構(gòu)成熟，但制造復(fù)雜。主要精度要求：瞬時(shí)傳動(dòng)比不變分類：直齒輪、斜齒輪、人字齒輪等各種用途和特點(diǎn)蝸輪蝸桿副在一定意義上可看成一種特殊的齒輪第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副工作可靠、傳動(dòng)比恒定、結(jié)3第一節(jié)齒輪系及蝸桿副蝸輪蝸桿副：只傳遞空間垂直交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸桿為傳動(dòng)副的主動(dòng)構(gòu)件，蝸輪為從動(dòng)件。（單包、雙包）蝸桿副為線接觸，可傳遞較大功率，傳動(dòng)比大。優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平衡、噪聲小、可自鎖，但傳動(dòng)效率低，功率損失較大。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副蝸輪蝸桿副：4第一節(jié)齒輪系及蝸桿副第一節(jié)齒輪系及蝸桿副5第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動(dòng)比最佳分配條件用于：伺服系統(tǒng)的減速增矩要求：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小原則：最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)能守恒定律：第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動(dòng)比最佳分配條件6第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動(dòng)比最佳分配條件可使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小的和的關(guān)系式：由于>1，近似為：第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動(dòng)比最佳分配條件7第一節(jié)齒輪系及蝸桿副上式同樣適用于多級減速裝置齒輪傳動(dòng)的總等效慣量隨著傳動(dòng)級數(shù)增加而減小，但傳動(dòng)效率隨著傳動(dòng)級數(shù)增加而降低，齒隙和摩擦的來源也隨之增加。結(jié)構(gòu)上，滿足強(qiáng)度的前提下，盡可能把齒輪做小，選用輕質(zhì)合金以及采用在齒輪上開孔等措施隨轉(zhuǎn)矩逐級增大相應(yīng)各級齒輪的模數(shù)、齒寬，尺寸大小也應(yīng)逐級增大。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副上式同樣適用于多級減速裝置8第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除1.剛性調(diào)整法調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法以及斜齒輪法。2.柔性調(diào)整法在雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒分別貼緊其嚙合輪齒的兩側(cè)，以消除嚙合間隙。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除9第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除多級傳動(dòng)時(shí)，負(fù)載軸上的總間隙后級的間隙比前級的間隙影響大！第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除10第二節(jié)滾珠絲杠螺母副分類：普通滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、液浮摩擦型和電螺母絲杠型。優(yōu)點(diǎn)：

磨損小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平衡、壽命長、精度高、溫升低等。不足：不能自鎖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高，傳動(dòng)的距離和速度有限。

第二節(jié)滾珠絲杠螺母副分類：11第二節(jié)滾珠絲杠螺母副第二節(jié)滾珠絲杠螺母副12第二節(jié)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型外循環(huán)插管式：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但徑向尺寸大，耐磨性和抗沖擊性差。內(nèi)循環(huán)反向器式：摩擦小，效率高，徑向尺寸小，但制造成本較高。

第二節(jié)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型13第二節(jié)滾珠絲杠螺母副間隙消除及預(yù)緊方法：1.雙螺母齒差式精度高，預(yù)緊準(zhǔn)確可靠，不易松動(dòng)，調(diào)整方便。2.雙螺母螺紋式結(jié)構(gòu)簡單，但較難控制，容易松動(dòng)，準(zhǔn)確性和可靠性差。3.雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，工作可靠，剛性好；但使用中不便于隨時(shí)調(diào)整，調(diào)整精度較低。4.單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式結(jié)構(gòu)最簡單、尺寸最緊湊，且價(jià)格低廉，但不便于隨時(shí)調(diào)整。第二節(jié)滾珠絲杠螺母副間隙消除及預(yù)緊方法：14第二節(jié)滾珠絲杠螺母副支承結(jié)構(gòu)形式主要要求：約束絲杠的軸向竄動(dòng)和徑向擺動(dòng)。1.兩端固定（雙推—雙推，F(xiàn)-F）結(jié)構(gòu)剛度最高，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重變形和補(bǔ)償熱變形，使剛度更高，適用于高精度高剛度的工作條件。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝?yán)щy，成本最高。2.一端固定一端游動(dòng)（雙推—簡支，F(xiàn)-S）留給絲杠膨脹的余地3.兩端均為單向推力（單推—單推，J-J）可根據(jù)預(yù)計(jì)溫升產(chǎn)生的膨脹量，進(jìn)行預(yù)拉伸4.一端固定一端自由（雙推—自由，F(xiàn)-O）適用于較短和豎起安裝的絲杠第二節(jié)滾珠絲杠螺母副支承結(jié)構(gòu)形式15第三節(jié)諧波齒輪減速器第三節(jié)諧波齒輪減速器16第三節(jié)諧波齒輪減速器依靠柔性輪產(chǎn)生的可控變形波引起的齒間的相對錯(cuò)齒傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。分為：連續(xù)作用式和脈沖作用式脈沖作用式又分為液動(dòng)式波發(fā)生器、氣動(dòng)式波發(fā)生器和電磁式波發(fā)生器。第三節(jié)諧波齒輪減速器依靠柔性輪產(chǎn)生的可控變形波引起的齒間的17第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，傳動(dòng)效率高。2.傳動(dòng)比范圍大3.同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，運(yùn)動(dòng)精度高，承載能力大4.運(yùn)動(dòng)平衡，無沖擊，噪聲小。5.齒側(cè)間隙可以調(diào)整6.可實(shí)現(xiàn)向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力7.可實(shí)現(xiàn)高增速運(yùn)動(dòng)8.方便地實(shí)現(xiàn)差速傳動(dòng)第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)18第三節(jié)諧波齒輪減速器傳動(dòng)剛度消除傳動(dòng)間隙：1.采用無間隙花鍵、過盈配合、銷釘?shù)确绞铰?lián)結(jié)柔輪和軸2.將齒輪按照無間隙加工，由于存在柔性構(gòu)件，這種無齒隙嚙合傳動(dòng)不會(huì)有任何問題。第三節(jié)諧波齒輪減速器傳動(dòng)剛度19諧波齒輪傳動(dòng)速比剛輪固定柔輪固定波發(fā)生器固定兩項(xiàng)輸入，一項(xiàng)輸出第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動(dòng)速比第三節(jié)諧波齒輪減速器20諧波齒輪減速器的選用

諧波齒輪減速器已有系列化的產(chǎn)品，按國家標(biāo)準(zhǔn)，單級諧波傳動(dòng)減速器的產(chǎn)品型號(hào)由系列代號(hào)、規(guī)格型號(hào)和精度等級三部分級成。第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器的選用第三節(jié)諧波齒輪減速器21第四節(jié)軸系軸系的組成及主要要求軸系由軸、軸頸、軸承以及軸上的傳動(dòng)件等組成，分為一般傳動(dòng)軸和工作主軸。主軸的主要要求包括：

1.回轉(zhuǎn)精度含軸向精度；

2.靜剛度；

3.動(dòng)特性；

4.熱特性。第四節(jié)軸系軸系的組成及主要要求22第四節(jié)軸系滾動(dòng)摩擦支承軸系標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承圓錐滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承、角接觸球軸承等。2.新型滾動(dòng)軸承密集滾球軸承、變預(yù)緊力軸承、轉(zhuǎn)盤軸承。第四節(jié)軸系滾動(dòng)摩擦支承軸系23第四節(jié)軸系滑動(dòng)摩擦支承軸系1.液體動(dòng)壓支承2.氣體動(dòng)壓支承3.液體靜壓支承4.氣體靜壓支承第四節(jié)軸系滑動(dòng)摩擦支承軸系24第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件

導(dǎo)軌副：用于引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件走向，保證執(zhí)行件的正確運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過摩擦和阻尼影響執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)特性，如定位精度和低速均勻性。包括：運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件

導(dǎo)軌副：用于引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件走向，保證執(zhí)行25第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件導(dǎo)軌副的性能要求：導(dǎo)向精度、接觸精度、接觸剛度、精度保持性以及低速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性（即摩擦特性）分類：按運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的軌跡分；按摩擦性質(zhì)分；按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件導(dǎo)軌副的性能要求：導(dǎo)向精度、接觸精度、接26第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滑動(dòng)導(dǎo)軌第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滑動(dòng)導(dǎo)軌27第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌配對導(dǎo)軌間由滾動(dòng)體隔開，導(dǎo)軌面不直接接觸，運(yùn)動(dòng)時(shí)與滾動(dòng)體產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力和磨損相對較少，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些，剛度和承載能力不及滑動(dòng)導(dǎo)軌，且對臟物敏感，需有良好防護(hù)。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌28第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌分類：按其滾動(dòng)類型分為滾珠式，滾柱/滾針式。滾珠式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造容易，成本較低；點(diǎn)接觸，剛度和承載能力相對較低，適合載荷不大的情況下使用。滾柱式可多向受力，為線接觸，剛度承載能力較大，導(dǎo)向性好，但對導(dǎo)軌面的平行度較敏感。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌29第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌分類：接運(yùn)動(dòng)形式分為循環(huán)式和非循環(huán)式

循環(huán)結(jié)構(gòu)中行程不受導(dǎo)軌上滾動(dòng)體數(shù)目的限制。

非循環(huán)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)行程將受到導(dǎo)軌上滾動(dòng)體數(shù)目的限制，用于行程不大的場合。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動(dòng)導(dǎo)軌30第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算已知：載荷F，行程l,導(dǎo)向精度和導(dǎo)軌壽命等求解：滾動(dòng)體直徑d，滾柱長度lr滾動(dòng)體的數(shù)目z等第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算31第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算直徑d:大可以減小摩擦阻力，提高剛度和承載能力，減少接觸應(yīng)力，延長壽命。數(shù)目z：不少于12~16個(gè)，z過少會(huì)降低導(dǎo)軌的剛度和承載能力，z過多和lr過長，也會(huì)由于制造誤差而帶來對導(dǎo)軌剛度和導(dǎo)向精度的影響。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算32第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件阻尼及其影響起因：1.由于表面不平度的彈性和塑性變形產(chǎn)生的材料阻尼；2.起因于在表面極限區(qū)周圍運(yùn)動(dòng)的摩擦阻尼。3.擠壓薄膜效應(yīng)第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件阻尼及其影響33第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件支承件包括：機(jī)身、基座、支柱及橫梁等。主要功能：支承固定連接件，或者相對運(yùn)動(dòng)的部件。靜剛度：靜剛度等于支承件產(chǎn)生的靜變形與承受的靜載荷之比。機(jī)械共振熱變形第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件支承件34第六節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)定義：具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，且驅(qū)動(dòng)器分配在不同環(huán)路上的閉式多環(huán)機(jī)構(gòu)被稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)。第六節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)定義：35第六節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)：剛度高，承載能力與整機(jī)質(zhì)量比大移動(dòng)部件質(zhì)量輕，可獲得很高的動(dòng)態(tài)特性，容易實(shí)現(xiàn)高速、高加速度的運(yùn)動(dòng)不存在誤差累計(jì)，可獲得較高的運(yùn)動(dòng)精度零件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)作業(yè)空間與機(jī)器尺寸比小主要缺點(diǎn)：1.靈活性較差，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的傾斜角度較小2.在作業(yè)空間內(nèi)部存在桿件干涉和奇異位形的