第2章机械传动与支承技术PPT讲稿.ppt

第2章机械传动与支承技术第1页，共137页，编辑于2022年，星期一2.1机械传动系统数学模型机械传动系统数学模型 2.1.1机械移动系统数学模型机械移动系统数学模型 机械移动系统的基本元件是质量、阻尼和机械移动系统的基本元件是质量、阻尼和弹簧，建立机械移动系统数学模型的基本原弹簧，建立机械移动系统数学模型的基本原理是牛顿第二定律。理是牛顿第二定律。第2页，共137页，编辑于2022年，星期一例例1：如图所示是组合机床动力滑台铣平面的情况。：如图所示是组合机床动力滑台铣平面的情况。第3页，共137页，编辑于2022年，星期一例例2：如图为车辆隔振装置的力学模型。：如图为车辆隔振装置的力学模型。第4页，共137页，编辑于2022年，星期一例例3：如图为车辆振动系统的简化模型。：如图为车辆振动系统的简化模型。第5页，共137页，编辑于2022年，星期一2.1.2机械转动系统数学模型机械转动系统数学模型 机械转动系统的基本元件是转动惯量、阻尼机械转动系统的基本元件是转动惯量、阻尼器和弹簧。建立机械转动系统数学模型的基本器和弹簧。建立机械转动系统数学模型的基本原理仍是牛顿第二定律。原理仍是牛顿第二定律。例例1简单扭摆的工作原理简单扭摆的工作原理 第6页，共137页，编辑于2022年，星期一2.1.3电气传动系统数学模型电气传动系统数学模型 2.1.4液压、气动传动系统数学模型液压、气动传动系统数学模型 液压或气动系统通常有功率放大元件、液压或气动系统通常有功率放大元件、执行元件和负载组成。它们又可分成阀控系执行元件和负载组成。它们又可分成阀控系统和泵控系统两大类。阀控系统以液压或气统和泵控系统两大类。阀控系统以液压或气动伺服阀为功率放大元件。泵控系统则以液动伺服阀为功率放大元件。泵控系统则以液压或气动伺服泵为功率放大元件。压或气动伺服泵为功率放大元件。第7页，共137页，编辑于2022年，星期一2.1.5机电系统模型相似法机电系统模型相似法 在机电系统分析中，可以发现许多机械系统和电路系在机电系统分析中，可以发现许多机械系统和电路系统具有相似性，这使得对机械系统的研究可以转化为电路统具有相似性，这使得对机械系统的研究可以转化为电路系统的研究。这种转化的基础是求出机械系统的等效电路系统的研究。这种转化的基础是求出机械系统的等效电路以进行电路模拟，因此机电模拟法是一种十分有效的分析以进行电路模拟，因此机电模拟法是一种十分有效的分析评估方法。评估方法。机械系统和电气系统，如果它们的运动微分方程在数机械系统和电气系统，如果它们的运动微分方程在数学表达式的结构上相同，则称它们具有相似性。相似性是学表达式的结构上相同，则称它们具有相似性。相似性是建立等效电路的前提，等效电路可用基尔霍夫定律建立，建立等效电路的前提，等效电路可用基尔霍夫定律建立，而运动微分方程中的相应项也是可以类比的。而运动微分方程中的相应项也是可以类比的。第8页，共137页，编辑于2022年，星期一 下面以单自由度振动系统为例，研究机电下面以单自由度振动系统为例，研究机电系统的相似性。系统的相似性。如图所示的机械网络是单自由度质量如图所示的机械网络是单自由度质量弹簧弹簧阻尼系统，在外力作用下产生位移。及如图所示阻尼系统，在外力作用下产生位移。及如图所示的电网络在数学上是等同的的电网络在数学上是等同的。第9页，共137页，编辑于2022年，星期一 一船说来，在拟定机械系统的等效电路一船说来，在拟定机械系统的等效电路时，可以遵循如下原则：若力是以串联方式时，可以遵循如下原则：若力是以串联方式作用于机械系统时，则与这些力相应的电路作用于机械系统时，则与这些力相应的电路元件处于并联；若力是并联作用，则电路中元件处于并联；若力是并联作用，则电路中相应元件处于串联。相应元件处于串联。建立了机电参数的模拟关系后，就可以建立了机电参数的模拟关系后，就可以把电模拟应用到复杂系统的分析中去，研究把电模拟应用到复杂系统的分析中去，研究机电系统的相似性机电系统的相似性。第10页，共137页，编辑于2022年，星期一2.1.6机电一体化系统模型机电一体化系统模型 数控伺服系统是非常典型的机电一体控制数控伺服系统是非常典型的机电一体控制系统，这里以数控位移伺服系统为例，介绍系统，这里以数控位移伺服系统为例，介绍机电一体化控制系统的数学模型。数控伺服机电一体化控制系统的数学模型。数控伺服系统的原理如图系统的原理如图3-323-32所示，这个系统由伺服所示，这个系统由伺服电机、机械传动、反馈传感器及放大器等几电机、机械传动、反馈传感器及放大器等几个典型环节组成。下面先分析典型环节的数个典型环节组成。下面先分析典型环节的数学模型，然后再得到整个系统的数学模型。学模型，然后再得到整个系统的数学模型。第11页，共137页，编辑于2022年，星期一第12页，共137页，编辑于2022年，星期一2.2机电一体化系统机电一体化系统机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计 v机电一体化系统的构成基础机电一体化系统的构成基础机械构件机械构件及其传动部件及其传动部件v 控制部件、接口电路、功率放大电路、控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承件以及执行元件、机械传动部件、导向支承件以及传感元件等传感元件等 部分均与机械部分相关，而最部分均与机械部分相关，而最主要的是机械传动部件，导向支承件部件。主要的是机械传动部件，导向支承件部件。第13页，共137页，编辑于2022年，星期一 机电一体化机械系统的特殊要求机电一体化机械系统的特殊要求 机电一体化的机械系统与一般机械系统机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：相比，具有一定的特殊要求：v（1 1）较高的定位精度。）较高的定位精度。v（2 2）良好的动态响应特性。）良好的动态响应特性。v 响应快、稳定性好。响应快、稳定性好。v（3 3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。v（4 4）高的谐振频率、合理的阻尼比。）高的谐振频率、合理的阻尼比。这表明了机械系统部件选择与设计时的特点这表明了机械系统部件选择与设计时的特点和要求和要求。第14页，共137页，编辑于2022年，星期一在机电一体化机械系统设计中在机电一体化机械系统设计中的主要措施和手段的主要措施和手段要要达达到到上上述述要要求求，在在机机电电一一体体化化系系统统机机械械系系统统设设计中，可采取的主要措施：计中，可采取的主要措施：（1）采采用用低低摩摩擦擦阻阻力力的的传传动动部部件件和和导导向向支支撑撑件件。如如：滚滚珠珠丝丝杠杠副副、滚滚动动导导向向和和支支承承、动动静静压压导导向向和和支支承。承。（2）缩缩短短传传动动链链，提提高高传传动动与与支支承承刚刚度度。如如：大大扭扭矩矩、宽宽调调速速的的伺伺服服电电动动机机；轴轴端端预预紧紧或或预预拉拉伸伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。第15页，共137页，编辑于2022年，星期一（3）选选择择合合理理（最最佳佳）传传动动比比，提提高高系系统统分分辨辨率率，减减少少等等效效到到执执行行元元件件输输出出轴轴上上的的等等效效转转动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。（4）尽尽可可能能地地减减小小或或消消除除传传动动误误差差和和反反转转误误差差、减少支承变形，最终缩小反向四区误差。减少支承变形，最终缩小反向四区误差。（5）改进和合理设计支承件和机架结构，提高）改进和合理设计支承件和机架结构，提高刚度、减少振动和噪音。刚度、减少振动和噪音。第16页，共137页，编辑于2022年，星期一第第2.2.1节节机械传动部件机械传动部件的选择与设计的选择与设计机械传动部件及其主要功能机械传动部件及其主要功能 常用传动部件常用传动部件：螺旋传动、齿轮传动、同步齿形传动、：螺旋传动、齿轮传动、同步齿形传动、高速带传动，其它非线性传动元件。高速带传动，其它非线性传动元件。主要功能主要功能：传递力：传递力/转矩和速度转矩和速度/转速转速力力/转矩、速度转矩、速度/转速变换器。转速变换器。第17页，共137页，编辑于2022年，星期一机械传动部件的作用和要求机械传动部件的作用和要求v主要作用或目的主要作用或目的使执行元件与负载之间在转矩和转使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）的匹配。速方面达到合理（最佳）的匹配。v基本要求基本要求传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。运动平稳、传动转矩大。v可按传动部件的用途可按传动部件的用途工作机或信息机的主要功用而工作机或信息机的主要功用而确定目标指标和参量。确定目标指标和参量。v机电一体化机械传动部件的发展方向机电一体化机械传动部件的发展方向 精密化，高速化，小型化，轻量化。精密化，高速化，小型化，轻量化。第18页，共137页，编辑于2022年，星期一机械传动机械传动v一、同步带传动一、同步带传动v二、齿轮传动二、齿轮传动v三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动v四、滚珠丝杠传动四、滚珠丝杠传动第19页，共137页，编辑于2022年，星期一v同步带是一种兼有链、同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的齿轮、三角胶带优点的传动零件。由于同步带传动零件。由于同步带是一种兼有链、齿轮、是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零三角胶带优点的传动零件，于件，于1940年由美国尤年由美国尤尼罗尔尼罗尔(Unirayal)橡胶公橡胶公司首先加以开发。司首先加以开发。1946年年辛加公司把同步带用于缝辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传被逐渐引用到其他机械传动上。动上。一、同步带传动一、同步带传动第20页，共137页，编辑于2022年，星期一v1.分类分类v2.同步带的优缺点同步带的优缺点v3.同步带的结构和尺寸结构同步带的结构和尺寸结构v4.同步带的设计计算同步带的设计计算一、同步带传动一、同步带传动第21页，共137页，编辑于2022年，星期一v1.分类分类v(1)按用途分按用途分v(a)一般工业用同步带传动一般工业用同步带传动即梯形齿同步带传动即梯形齿同步带传动（图（图6-1）。它主要用于中、小功率的同步带传动，）。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。传动。v(b)高转矩同步带传动高转矩同步带传动又称又称HTD带带(HighTorqueDrive)或或STPD带传动带传动(SuperTorquePositiveDrive)。由于其齿形呈圆弧状。由于其齿形呈圆弧状(图图6-2)，在我国通称为，在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中，圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中，如运输机械如运输机械(飞机、汽车飞机、汽车)、石油机械和机床、发电机、石油机械和机床、发电机等的传动。等的传动。一、同步带传动一、同步带传动第22页，共137页，编辑于2022年，星期一v(3)特种规格的同步带传动特种规格的同步带传动这是根据某种机器特殊需这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动，如工业缝纫机用的、要而采用的特种规格同步带传动，如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。汽车发动机用的同步带传动。v(4)特殊用途的同步带传动特殊用途的同步带传动即为适应特殊工作环境制即为适应特殊工作环境制造的同步带。造的同步带。一、同步带传动一、同步带传动第23页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2).按规格制度分按规格制度分v(a)模数制模数制同步带主要参数是模数同步带主要参数是模数m(与齿轮相同与齿轮相同)，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。一、同步带传动一、同步带传动第24页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2)节距制节距制即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。被列为国际标准。v由于节距制来源于英、美，其计量单位为英制或经换由于节距制来源于英、美，其计量单位为英制或经换算的公制单位。算的公制单位。v(3)DIN米制节距米制节距DIN米制节距是德国同步带传动国家米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节距数值不同于距数值不同于ISO节距制，计量单位为公制。在我国，由节距制，计量单位为公制。在我国，由于德国进口设备较多，故于德国进口设备较多，故DIN米制节距同步带在我国也有米制节距同步带在我国也有应用。应用。一、同步带传动一、同步带传动第25页，共137页，编辑于2022年，星期一v2.同步带传动的优缺点同步带传动的优缺点v(1)工作时无滑动，有准确的传动比工作时无滑动，有准确的传动比v(2)传动效率高，节能效果好传动效率高，节能效果好v(3)传动比范围大，结构紧凑传动比范围大，结构紧凑v(4)维护保养方便，运转费用低维护保养方便，运转费用低v(5)恶劣环境条件下仍能正常工作恶劣环境条件下仍能正常工作一、同步带传动一、同步带传动第26页，共137页，编辑于2022年，星期一v3.同步带的结构和尺寸规格同步带的结构和尺寸规格v(1)同步带结构同步带结构v如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。布层组成。v工业用同步带带轮形状如下右图所示。工业用同步带带轮形状如下右图所示。一、同步带传动一、同步带传动第27页，共137页，编辑于2022年，星期一v4.同步带的设计计算同步带的设计计算v(1)失效形式和计算准则失效形式和计算准则v同步带传动主要失效形式有：同步带传动主要失效形式有：v(a)承载绳断裂承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。原因是带型号过小和小带轮直径过小等。v(b)爬齿和跳齿爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。v(c)带齿的磨损带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。等。v(d)其他失效方式其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。v在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下，保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件的条件下，保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件下，则应保证带齿的一定耐磨性。下，则应保证带齿的一定耐磨性。一、同步带传动一、同步带传动第28页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2)同步带传动的设计计算步骤同步带传动的设计计算步骤v设计同步带传动的已知条件为：设计同步带传动的已知条件为：vPm需要传递的名义功率；需要传递的名义功率；vn1、n2 主从动轮的转速或传动比；主从动轮的转速或传动比；v(a)确定带的设计功率；确定带的设计功率；v(b)选择带型和节距；选择带型和节距；v(c)确定带轮齿数和节圆直径；确定带轮齿数和节圆直径；v(d)确定同步带的节线长度、齿数及传动中心距；确定同步带的节线长度、齿数及传动中心距；v(e)校验同步带和小带轮的啮合齿数；校验同步带和小带轮的啮合齿数；v(f)确定实际所需同步带宽度；确定实际所需同步带宽度；v(g)带的工作能力验算。带的工作能力验算。一、同步带传动一、同步带传动第29页，共137页，编辑于2022年，星期一v1.齿轮传动系统的总传动比及其分配齿轮传动系统的总传动比及其分配v设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学特性。学特性。v(1)最佳总传动比最佳总传动比v首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综合为系统的总负载，方法有：综合为系统的总负载，方法有：v(a)峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载的峰值取代数和。各负载的峰值取代数和。v(b)均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载的均方根。负载的均方根。v负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载合负载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。传动比。二、齿轮传动二、齿轮传动第30页，共137页，编辑于2022年，星期一v 2总传动比分配总传动比分配v齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。若总传动比较大，又不准备采用谐波、速达到合理匹配。若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的传动比。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。二、齿轮传动二、齿轮传动第31页，共137页，编辑于2022年，星期一v(1)最小等效转动惯量原则最小等效转动惯量原则v利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。的等效转动惯量为最小。二、齿轮传动二、齿轮传动 如右图，若不计轴和轴承的转如右图，若不计轴和轴承的转如右图，若不计轴和轴承的转如右图，若不计轴和轴承的转动惯量，则根据系统动能不变的动惯量，则根据系统动能不变的动惯量，则根据系统动能不变的动惯量，则根据系统动能不变的原则，等效到电机轴上的等效转原则，等效到电机轴上的等效转原则，等效到电机轴上的等效转原则，等效到电机轴上的等效转动惯量为：动惯量为：动惯量为：动惯量为：第32页，共137页，编辑于2022年，星期一二、齿轮传动二、齿轮传动因为：因为：因为：因为：所以：所以：所以：所以：即：即：即：即：令令令令可得可得可得可得第33页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2)重量最轻原则重量最轻原则v 对于小功率传动系统，使各级传动比满足，对于小功率传动系统，使各级传动比满足，v即可使传动装置的重量最轻。即可使传动装置的重量最轻。v上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因其传递上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况，此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之加的情况，此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之要求进行综合考虑。各级传动比一般应以要求进行综合考虑。各级传动比一般应以“先大后小先大后小”原则处理。原则处理。二、齿轮传动二、齿轮传动第34页，共137页，编辑于2022年，星期一v(3)输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则v为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按度，各级传动比应按“先小后大先小后大”原则分配，以便降低齿原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为输出轴上的总转角误差为，则，则v式中：式中：第个齿轮所具有的转角误差；第个齿轮所具有的转角误差；v第个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。第个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。二、齿轮传动二、齿轮传动第35页，共137页，编辑于2022年，星期一v3齿轮传动间隙的调整方法齿轮传动间隙的调整方法v(1)圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动v(a)偏心套偏心套(轴轴)调整法调整法v如右图所示，将相互啮合的一对如右图所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮齿轮中的一个齿轮4装在电机输装在电机输出轴上，并将电机出轴上，并将电机2安装在偏安装在偏心套心套1(或偏心轴或偏心轴)上，通过转动上，通过转动偏心套偏心套(偏心轴偏心轴)的转角，就可调的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。不能自动补偿。二、齿轮传动二、齿轮传动第36页，共137页，编辑于2022年，星期一v(b)轴向垫片调整法轴向垫片调整法v如右图所示，齿轮如右图所示，齿轮1和和2相啮合，其相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片这样就可以用轴向垫片3使齿轮使齿轮2沿轴沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮的厚度应使得齿轮1和和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套特点同偏心套(轴轴)调整法。调整法。二、齿轮传动二、齿轮传动第37页，共137页，编辑于2022年，星期一v(c)双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法v这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。二、齿轮传动二、齿轮传动第38页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2)斜齿轮传动斜齿轮传动v消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。离，这样它的螺旋线便错开了。二、齿轮传动二、齿轮传动第39页，共137页，编辑于2022年，星期一v(3)锥齿轮传动锥齿轮传动v(a)轴向压簧调整法轴向压簧调整法轴向压簧调整法原理如图轴向压簧调整法原理如图6-15，在锥齿轮在锥齿轮4的传动轴的传动轴7上装有压簧上装有压簧5，其轴向力大小由螺，其轴向力大小由螺母母6调节。锥齿轮调节。锥齿轮4在压簧在压簧5的作用下可轴向移动，的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮从而消除了其与啮合的锥齿轮l之间的齿侧间隙。之间的齿侧间隙。二、齿轮传动二、齿轮传动第40页，共137页，编辑于2022年，星期一v(b)周向弹簧调整法周向弹簧调整法v将与锥齿轮将与锥齿轮3啮合的齿轮做啮合的齿轮做成大小两片成大小两片(1、2)，在大片锥，在大片锥齿轮齿轮1上制有三个周向圆弧槽上制有三个周向圆弧槽8，小片锥齿轮，小片锥齿轮2的端面制有的端面制有三个可伸入槽三个可伸入槽8的凸爪的凸爪7。弹簧。弹簧5装在槽装在槽8中，一端顶在凸爪中，一端顶在凸爪7上，另一端顶在镶在槽上，另一端顶在镶在槽8中中的镶块的镶块4上。止动螺钉上。止动螺钉6装配装配时用，安装完毕将其卸下，时用，安装完毕将其卸下，则大小片锥齿轮则大小片锥齿轮1、2在弹簧在弹簧力作用下错齿，从而达到消力作用下错齿，从而达到消除间隙的目的。除间隙的目的。二、齿轮传动二、齿轮传动第41页，共137页，编辑于2022年，星期一v 4齿轮齿条传动机构齿轮齿条传动机构v当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。通过预载装置当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。通过预载装置4向齿轮向齿轮3上图上图6-17齿轮齿条的双齿轮调隙机构。齿轮齿条的双齿轮调隙机构。v预加负载，使大齿轮预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方何转动，从而带同时向两个相反方何转动，从而带动小齿轮动小齿轮1、6转动，其齿面便分别紧贴在齿条转动，其齿面便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。消除了齿侧间隙。二、齿轮传动二、齿轮传动第42页，共137页，编辑于2022年，星期一v谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十几十几百几百)、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点，故在工业机器人、航空、火箭等机电强、效率高等优点，故在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。一体化系统中日益得到广泛的应用。v1谐波齿轮传动的工作原理谐波齿轮传动的工作原理 三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第43页，共137页，编辑于2022年，星期一v谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮轮l、具有外齿的柔轮、具有外齿的柔轮2和波发生器和波发生器3。通常波发生器为主。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时，由于前者的总长度略大于当波发生器装入柔轮内孔时，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长后者的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时轴两端产生了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各处，在椭圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各处，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的位置啮合状态。当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处和脱开处也随之不断变不断交化，从而使轮齿的啮合处和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之间就产生了相对位移，从而传化，于是在柔轮与刚轮之间就产生了相对位移，从而传递运动。递运动。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第44页，共137页，编辑于2022年，星期一v 在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形的在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形的循环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的，称循环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的，称为波数。常用的有两波和三波两种。为了有利于柔为波数。常用的有两波和三波两种。为了有利于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮的齿数差轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮的齿数差应等于波发生器波数应等于波发生器波数(即波发生器上的滚轮数即波发生器上的滚轮数)的整倍的整倍数，通常取为等于波数。数，通常取为等于波数。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第45页，共137页，编辑于2022年，星期一v2谐波齿轮传动的传动比计算谐波齿轮传动的传动比计算v 式中：式中：、分别为刚轮、柔轮和波形发生器分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度；的角速度；v、分别为刚轮和柔轮的齿数。分别为刚轮和柔轮的齿数。v(1)当柔轮固定时，当柔轮固定时，则，则 三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第46页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2)当刚轮固定时，当刚轮固定时，则，则v设设、v当柔轮固定时，当柔轮固定时，当柔轮固定时当柔轮固定时三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第47页，共137页，编辑于2022年，星期一v3.谐波齿轮减速器产品及选用谐波齿轮减速器产品及选用v常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图v谐波齿轮减速机选用说明：谐波齿轮减速机选用说明：v(1).样本中的图表参数为标准产品，用户选型时需确定以样本中的图表参数为标准产品，用户选型时需确定以下三项参数：下三项参数：v（a）传动比或输出转速（）传动比或输出转速（r/min)v（b）减速机输入功率（）减速机输入功率（kw)v （c）额定输入转速（）额定输入转速（r/min)三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第48页，共137页，编辑于2022年，星期一v(2).如减速机输入转速是可调的，则在选用减速机型号时应分别确定：如减速机输入转速是可调的，则在选用减速机型号时应分别确定：工作条件为工作条件为“恒功率恒功率”时按最低转速选用机型；工作条件为时按最低转速选用机型；工作条件为“恒扭恒扭矩矩”时，按最高转速选用机型。订货时须说明是否与电机直联，电机时，按最高转速选用机型。订货时须说明是否与电机直联，电机型号及参数。型号及参数。v(3).选用减速机输入功率选用减速机输入功率与输出扭矩与输出扭矩的计算的计算v式中：式中：P 减速机额定输入功率（减速机额定输入功率（KW）vT 减速机额定输出扭矩（减速机额定输出扭矩（Nm)vKA 工作情况系数（见下表）工作情况系数（见下表）三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第49页，共137页，编辑于2022年，星期一v(4).减速机输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带轮及平减速机输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带轮及平皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷，校验公式，校验公式为为v式中：式中：D齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径(m)vFR悬臂负荷系数（齿轮悬臂负荷系数（齿轮FR=1.5；链轮；链轮FR=1.2；三角皮带轮；三角皮带轮FR=2；平皮带轮；平皮带轮FR=2.5)v当当v结果安全。结果安全。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动第50页，共137页，编辑于2022年，星期一v滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放人适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺珠，使螺纹间产生滚动摩擦。丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的纹滚道滚动。螺母上设有返向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。和密封件。v滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动副滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动或其它直线运动副相比，有下列特点：相比，有下列特点：v（1）传动效率高）传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达一般滚珠丝杠副的传动效率达9095，耗费能量仅为滑动丝杆的，耗费能量仅为滑动丝杆的1/3。四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动第51页，共137页，编辑于2022年，星期一v（2）运动平稳）运动平稳滚动摩擦系数接近常数，启动与工滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。v（3）工作寿命长）工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度(HRC5862)、高精度，具有较长的工作寿命和精度保、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杆副的持性。寿命约为滑动丝杆副的410倍以上。倍以上。v（4）定位精度和重复定位精度高）定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杆副摩擦由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。度。v四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动第52页，共137页，编辑于2022年，星期一v（5）同步性好）同步性好用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个用几套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。相同的运动部件，可得到较好的同步运动。v（6）可靠性高）可靠性高润滑密封装置结构简单，维修方便。润滑密封装置结构简单，维修方便。v（7）不能自锁）不能自锁用于垂直传动时，必须在系统中附加用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。自锁或制动装置。v（8）制造工艺复杂）制造工艺复杂滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、滚珠丝杆和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本较高。表面粗糙度要求高，故制造成本较高。四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动第53页，共137页，编辑于2022年，星期一v1.工作原理与结构工作原理与结构四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动滚珠丝杆副结构滚珠丝杆副结构滚珠丝杆副结构滚珠丝杆副结构端盖循环端盖循环端盖循环端盖循环 插管循环插管循环插管循环插管循环第54页，共137页，编辑于2022年，星期一丝杠螺母机构的主要构成丝杠螺母机构的主要构成 丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回珠装置）。珠装置）。功能：功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。换或调整。作用：作用：用于机构之间能量的传递和运动形式用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。的传递。分类：分类：滑动和滚动丝杠螺母机构。滑动和滚动丝杠螺母机构。第55页，共137页，编辑于2022年，星期一丝杠螺母机构传递运动的基本条件丝杠螺母机构传递运动的基本条件1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热胀冷缩补偿空间；应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热胀冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回间隙。因而，存在一定的空回间隙。2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力，应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力，可实现无间隙工作；因而，存在一定的表面应力；为了实可实现无间隙工作；因而，存在一定的表面应力；为了实现连续运转，需一滚珠的回珠装置（内或外）。现连续运转，需一滚珠的回珠装置（内或外）。第56页，共137页，编辑于2022年，星期一（3 3）丝杠螺母机构的特点）丝杠螺母机构的特点滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、成本低，且有：结构简单、加工方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低(30%(30%40%)40%)。滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（擦阻力小、传动效率高（92%92%98%98%）、传动精度高。）、传动