第四章 機械傳動系統(tǒng).ppt

1、第四章 機械傳動系統(tǒng),本章的學習內(nèi)容： 4.1 齒輪傳動系統(tǒng) 4.2 滾珠絲杠螺母傳動 4.3 諧波齒輪傳動 4.4 同步帶傳動 4.5 間歇運動機構,4.1 齒輪傳動系統(tǒng),一、負載的等效換算,1、等效轉動慣量的計算,2、等效負載力矩的計算,由于,所以,采用工程上常用單位時，上式改寫為,二、齒輪系傳動比最佳分配條件,等效到電機軸上的總轉動慣量為：,三、齒輪副間隙的調(diào)整,1、剛性調(diào)整法,調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法。,調(diào)整中心距法結構,帶錐度齒輪法結構,斜齒輪法結構,2、柔性調(diào)整法,通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側，以消除齒輪的間隙。,拉簧消除間隙

2、結構,碟形彈簧消除間隙結構,壓簧消除間隙結構,單面接觸消除間隙結構,齒輪齒條傳動消除間隙原理,4.2 滾珠絲杠螺母傳動,一、特點,磨損小、傳動效率高、傳動平穩(wěn) 壽命長、精度高、溫升低等優(yōu)點； 結構復雜、成本高； 傳動的距離和速度有限。,二、結構類型,a),b),滾珠絲杠螺母副結構類型,a)外循環(huán)插管式,b)內(nèi)循環(huán)反向器式,端蓋式外循環(huán),三、螺紋滾到型面（法向）的形狀,螺紋滾道法向截面形狀,四、滾柱絲杠副間隙的消除及預緊方法,雙螺母齒差式預緊結構,雙螺母螺紋式預緊結構,1、2螺母 3絲杠 4套筒 5平鍵 6圓螺母,a),b),雙螺母墊片式預緊結構,a)壓緊式,b)拉緊式,單螺母變位導程自預緊結構

3、,1螺母 2絲杠 3滾球,五、精度等級,滾珠絲杠副的精度根據(jù)JB3162-91,可以分為7個精度等級：1、2、3、4、5、7、10，其中1級最高，依次遞減。,不同精度等級參數(shù)(m),六、標注方法,七、滾珠絲杠副的主要結構參數(shù)及計算,主要參數(shù)：公稱直徑、基本導程、小徑、大徑、滾動體直徑,1、承載能力的計算,對于低速運轉(n10rmin)的滾珠絲杠，無需計算其最大動載荷Q值，而只考慮最大靜負載是否充分大于最大工作負載即可。,計算作用于絲杠軸向最大動載荷Q，選擇絲杠的型號,式中，,滾珠絲杠壽命系數(shù),載荷系數(shù),硬度系數(shù),最大的工作載荷（或平均工作載荷）,2、壓桿穩(wěn)定性核算,式中，,實際承受載荷的能力,

4、壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù),鋼的彈性模量,絲杠小徑d1的截面慣性矩,壓桿穩(wěn)定安全系數(shù),基本導程,3、剛度的驗算,在工作負載P和扭矩M的共同作用下，引起每一導程的變形量為：,式中， E鋼的彈性模量為,S絲杠的最小截面積（cm2）,M扭矩（N.cm）,I 絲杠的最小直徑d1的截面慣性矩,表示“+”受拉伸，“-”受壓縮,八、滾珠絲杠副支承方式,單推單推式,雙推雙推式,雙推簡支式,九、滾珠絲杠副的密封,防護套示例,4.3 諧波齒輪傳動及諧波減速器,一、諧波齒輪傳動的基本構成及特點,1構成：,諧波齒輪傳動是諧波齒輪行星傳動的簡稱。是一種少齒差行星傳動。通常由剛性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等

5、零部件構成。 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 。,諧波齒輪傳動構成圖例：,2特點（1）：,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9296，單級傳動比可達504000。,2特點（2）：,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。 柔輪和剛輪的齒側間隙是可調(diào)：當柔輪的扭轉剛度較高時，可實現(xiàn)無側隙的高精度嚙合。 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。,二、工作原理,1齒差：,諧

6、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,ZG,ZR,2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

7、發(fā)生器與柔輪的運動傳遞。,工作原理圖例：,波發(fā)生器的旋轉方向與柔輪的轉動方向相反。,柔輪與剛輪齒面的嚙合過程：,三、單級諧波齒輪常見的 傳動形式和應用,1剛輪固定柔輪輸出：,波發(fā)生器主動，單級減速，結構簡單，傳動比范圍較大，效率較高，應用極廣，i=75500。,2柔輪固定剛輪輸出：,波發(fā)生器主動，單級減速，結構簡單，傳動比范圍較大，效率較高，可用于中小型減速器，i=75500。,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=1.0021.015。,四、諧波發(fā)生器傳動比的計算,1、公式推導（1）：,以剛輪固定，柔輪輸出為例，推導傳動比的計算公式。 當

8、剛輪固定時，nG=0。如果反過來看，即將柔輪當做輸入，剛輪當做輸出，則：,1、公式推導（2）：,實際上，運動是從波發(fā)生器輸入的，減速器的傳動比為：,五、柔輪、波發(fā)生器 常見的結構型式,1柔輪常見的結構型式：,柔輪的結構型式與諧波傳動的結構類型選擇有關。柔輪和輸出軸的聯(lián)結方式直接影響諧波傳動的穩(wěn)定性和工作性能。 筒形底端聯(lián)接式： 結構簡單，聯(lián)接方便，制造容易，剛性較大，應用較普遍。 筒形花鍵聯(lián)接式： 軸向尺寸較小，扭轉剛性好，傳動精度較高，聯(lián)接方便，承載能力較大。 筒形銷軸聯(lián)接式： 軸向尺寸較小，結構簡單，制造方便，但載荷沿齒寬分布不均勻。,筒形底端聯(lián)接式圖例：,筒形花鍵聯(lián)接式圖例：,筒形銷軸聯(lián)

9、接式圖例：,2波發(fā)生器常見的結構型（1）：,波發(fā)生器是迫使柔輪發(fā)生彈性變形的重要元件，按變形的波數(shù)不同，常用的有雙波和三波兩種。雙波發(fā)生器的結構型式主要有滾輪式、凸輪式、偏心盤式和行星式。,波發(fā)生器種類圖例（1）：,凸輪式,滾輪式,偏心盤式,2波發(fā)生器常見的結構型（2）：,雙滾輪式： 結構簡單，制造方便，形成波峰容易，但柔輪變形未被積極控制，承載能力較低，多用于不重要的低精度輕載傳動。 多滾輪式： 柔輪變形全周被積極控制，承載能力較高，多用于不宜采用偏心盤式或凸輪式波發(fā)生器的特大型傳動。,波發(fā)生器種類圖例（2）：,3諧波傳動主要零件常用材料：,柔輪： 30CrMnSi、35CrMnSiA、40

10、CrNiMoA 剛輪 45、40Cr 凸輪或偏心盤 45,六、諧波發(fā)生器的典型結構,雙波單級諧波齒輪減速器,主要問題： 1、減速器的主要構成； 2、減速器的運動型式（指出哪個部件固定、主動和從動軸）； 3、波發(fā)生器的結構型式； 4、柔輪采用何種輸出方式。,同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件，于1940年由美國尤尼羅爾(Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機針和纏線管的同步傳動上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機械傳動上。,4.4、同步帶傳動,1. 分類 2. 同步帶的優(yōu)缺點 3. 同步帶

11、的結構和尺寸結構 4. 同步帶的設計計算,4.4、同步帶傳動,1. 分類 (1)按用途分 (a) 一般工業(yè)用同步帶傳動 即梯形齒同步帶傳動（圖6-1）。它主要用于中、小功率的同步帶傳動，如各種儀器、計算機、輕工機械中均采用這種同步帶傳動。 (b) 高轉矩同步帶傳動 又稱HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(Super Torque Positive Drive)。由于其齒形呈圓弧狀(圖6-2)，在我國通稱為圓弧齒同步帶傳動。它主要用于重型機械的傳動中，如運輸機械(飛機、汽車)、石油機械和機床、發(fā)電機等的傳動。,4.4、同步帶傳動,(3) 特種規(guī)格的同步帶傳動 這是根據(jù)

12、某種機器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動，如工業(yè)縫紉機用的、汽車發(fā)動機用的同步帶傳動。 (4) 特殊用途的同步帶傳動 即為適應特殊工作環(huán)境制造的同步帶。,4.4、同步帶傳動,(2). 按規(guī)格制度分 (a) 模數(shù)制 同步帶主要參數(shù)是模數(shù)m(與齒輪相同)，根據(jù)不同的模數(shù)數(shù)值來確定帶的型號及結構參數(shù)。在60年代該種規(guī)格制度曾應用于日、意、蘇等國，后隨國際交流的需要，各國同步帶規(guī)格制度逐漸統(tǒng)一到節(jié)距制。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國仍采用模數(shù)制。,4.4、同步帶傳動,(2) 節(jié)距制 即同步帶的主要參數(shù)是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應帶、輪有不同的結構尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國際標準。 由于節(jié)距制來源于英

13、、美，其計量單位為英制或經(jīng)換算的公制單位。 (3) DIN米制節(jié)距 DIN米制節(jié)距是德國同步帶傳動國家標準制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)為齒節(jié)距，但標準節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計量單位為公制。在我國，由于德國進口設備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國也有應用。,4.4、同步帶傳動,2. 同步帶傳動的優(yōu)缺點 (1)工作時無滑動，有準確的傳動比 (2)傳動效率高，節(jié)能效果好 (3)傳動比范圍大，結構緊湊 (4)維護保養(yǎng)方便，運轉費用低 (5)惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作,4.4、同步帶傳動,3. 同步帶的結構和尺寸規(guī)格 (1)同步帶結構 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。,4.4、同步帶傳動,4. 同步帶的設計計算 (1)失效形式和計算準則 同步帶傳動主要失效形式有： (a) 承載繩斷裂 原因是帶型號過小和小帶輪直徑過小等。 (b) 爬齒和跳齒 原因是同步帶傳遞的圓周力過大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過大、帶的初拉力過小等。 (c) 帶齒的磨損 原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過大等。 (d) 其他失效方式 帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數(shù)過少引起的帶齒剪切破壞、同步