机电一体化系统设计课件——第2章(3)：机械系统的部件选择与设计(齿轮.ppt

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1、三、齿轮传动部件三、齿轮传动部件2021/9/232021/9/231 11、齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 当齿轮传动系统传递转矩时，要当齿轮传动系统传递转矩时，要求要有足够的刚度，其转动惯量尽量求要有足够的刚度，其转动惯量尽量小，精度要求较高；小，精度要求较高；2021/9/232021/9/232 2 齿轮传动比齿轮传动比 i 应满足驱动部件与负应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要载之间的位移及转矩、转速的匹配要求。求。2021/9/232021/9/233 3 为了降低制造成本，采用各种调为了降低制造成本，采用各种调整齿侧间隙的方

2、法来消除或减小啮合整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙。间隙。2021/9/232021/9/234 4（1）总减速比的确定）总减速比的确定 选定执行元件（步进电机）步距角选定执行元件（步进电机）步距角、系统脉冲当量系统脉冲当量、和丝杠基本导程、和丝杠基本导程L0之后，之后，其减速比其减速比 i 应满足以下关系：应满足以下关系：2021/9/232021/9/235 5（2）齿轮传动链的级数和各级传动比的分配）齿轮传动链的级数和各级传动比的分配 齿轮副级数的确定和各级传动比的分配，齿轮副级数的确定和各级传动比的分配，按以下三种不同原则进行：按以下三种不同原则进行：1）最小等效转动惯量原则）最小

3、等效转动惯量原则2）质量最小原则）质量最小原则3）输出轴的转角误差最小原则）输出轴的转角误差最小原则2021/9/232021/9/236 62 2、谐波齿轮传动、谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几十到几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、十到几百）、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、火箭等机电一体化系统中日益业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。得到广泛的应用。2021/9/232021/9/237 7（1 1 1 1

4、）工作原理工作原理工作原理工作原理钢轮钢轮柔轮柔轮波发生器波发生器2021/9/232021/9/238 8谐波减速器中三大部件谐波减速器中三大部件2021/9/232021/9/239 9（2 2）谐波齿轮传动的传动比）谐波齿轮传动的传动比2021/9/232021/9/2310101）当柔轮固定时（）当柔轮固定时（r r=0=0）设设zr=200,zg=202时，时，iHg=101说明刚轮与波发生器转向相同。说明刚轮与波发生器转向相同。2021/9/232021/9/2311112）当刚轮固定时（）当刚轮固定时（g g=0=0）设设zr=200,zg=202时，时，iHg=-101说明柔轮

5、与波发生器转向相反。说明柔轮与波发生器转向相反。2021/9/232021/9/231212圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动3、常用的齿轮传动间隙的调整方法、常用的齿轮传动间隙的调整方法1）偏心套调整法）偏心套调整法2）轴向垫片调整法）轴向垫片调整法3）双片薄齿轮错齿调整法）双片薄齿轮错齿调整法斜齿轮传动斜齿轮传动双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法2021/9/232021/9/231313偏心套（轴）调整法偏心套（轴）调整法特点：特点：结构简单，但其侧结构简单，但其侧隙不能自动补偿。隙不能自动补偿。偏心套偏心套电机电机减速箱减速箱小齿轮小齿轮大齿轮大齿轮2021/9/232021/9/2314

6、14轴向垫片调整法轴向垫片调整法特点：特点：结构简单，但结构简单，但其侧隙不能自其侧隙不能自动补偿。动补偿。小齿轮小齿轮大齿轮大齿轮垫片垫片2021/9/232021/9/231515双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法周向弹簧式周向弹簧式可调拉簧式可调拉簧式2021/9/232021/9/231616周向弹簧式周向弹簧式周向弹簧式周向弹簧式特点：特点：输出扭矩小，适用于读数装置而不适输出扭矩小，适用于读数装置而不适用于驱动装置用于驱动装置1-1-短柱；短柱；2-2-弹簧；弹簧；3 3、4-4-薄片齿轮薄片齿轮2021/9/232021/9/231717可调拉簧式可调拉簧式薄片齿轮薄片齿轮

7、薄片齿轮薄片齿轮凸耳凸耳弹簧弹簧螺母螺母螺钉螺钉2021/9/232021/9/231818斜齿轮传动斜齿轮传动 垫片错齿调整法垫片错齿调整法特点：特点：结构比较简单，结构比较简单，调整较费时，且齿侧调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。隙不能自动补偿。薄片齿轮薄片齿轮薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮宽齿轮垫片垫片2021/9/232021/9/231919 轴向压簧错齿调整法轴向压簧错齿调整法调整螺母调整螺母弹簧弹簧薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮宽齿轮特点：特点：齿侧隙可以自动齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较补偿，但轴向尺寸较大，结构欠紧凑。大，结构欠紧凑。2021/9/232021/9/232020四、挠性传动

8、部件四、挠性传动部件同步齿形带传动同步齿形带传动钢带传动钢带传动链条传动链条传动钢丝绳及尼龙绳传动等钢丝绳及尼龙绳传动等2021/9/232021/9/232121打印机中同步带传动打印机中同步带传动驱动轴驱动轴驱动轴驱动轴从动轮从动轮伺服电动机伺服电动机电动机齿轮电动机齿轮字车字车字车驱动同步带字车驱动同步带色带驱动带色带驱动带压带轮压带轮色带驱动轮色带驱动轮2021/9/232021/9/232222带传动的类型、结构带传动的类型、结构2021/9/232021/9/232323特点：特点：优点：优点：传动效率高（可达传动效率高（可达98%），能吸振，噪声），能吸振，噪声低，传动平稳，能高

9、速运行，维护保养方低，传动平稳，能高速运行，维护保养方便等；便等；缺点：缺点：带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支承带轮的轴和轴承受力较大。承带轮的轴和轴承受力较大。2021/9/232021/9/232424五、机械传动系统方案的选择五、机械传动系统方案的选择 在设计过程中要综合考虑控制装置、在设计过程中要综合考虑控制装置、机械传动部分和伺服电机的这几部分的机械传动部分和伺服电机的这几部分的相互影响。相互影响。20

10、21/9/232021/9/232525数控机床进给系统有以下几种选择：数控机床进给系统有以下几种选择：1）齿轮）齿轮-丝杠传丝杠传动动2）联轴器）联轴器-丝杠传丝杠传动动3）齿轮）齿轮-齿条传齿条传动动4）蜗轮）蜗轮-蜗杆传蜗杆传动动5）同步带传动）同步带传动2021/9/232021/9/232626齿轮齿轮-丝杠传动丝杠传动2021/9/232021/9/232727特点：特点：采用齿轮的目的是达到一定的降采用齿轮的目的是达到一定的降速比要求；速比要求；必须采取消除间隙的措施尽量减必须采取消除间隙的措施尽量减少齿轮侧隙；少齿轮侧隙；机械结构比较复杂。机械结构比较复杂。2021/9/232

11、021/9/232828联轴器联轴器-丝杠传动丝杠传动锥环无键连接或高精度十字联轴器连接锥环无键连接或高精度十字联轴器连接电机电机2021/9/232021/9/232929特点：特点：u 具有较高的传动精度和传动刚具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构；度，并大大简化了机械结构；u 适用于加工中心和精度要求较适用于加工中心和精度要求较高的数控机床中。高的数控机床中。2021/9/232021/9/233030齿轮齿轮-齿条传动齿条传动 若工作行程大于若工作行程大于4m，则传动系统，则传动系统刚度难以保证，可选择齿条传动；刚度难以保证，可选择齿条传动；2021/9/232021/9

12、/233131蜗轮蜗轮-蜗杆传动蜗杆传动 可改变传动方向，但结构复杂，可改变传动方向，但结构复杂，一般尽量不采用此种传动方式一般尽量不采用此种传动方式2021/9/232021/9/233232同步带传动同步带传动电机电机同步带同步带2021/9/232021/9/233333特点：特点：u机械机构比较简单，可避免齿轮传机械机构比较简单，可避免齿轮传动时引起的振动和噪声；动时引起的振动和噪声；u适用于低扭矩特性要求的场所；适用于低扭矩特性要求的场所；u安装时中心距要求严格，且同步带安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。与带轮的制造工艺复杂。2021/9/232021/9/233434表表2-1 2-1 传动机构及其功能传动机构及其功能 基本功能基本功能传动机构传动机构运动的变换运动的变换动力的变换动力的变换形式形式行程行程方向方向 速度速度 大小大小形式形式丝杠螺母丝杠螺母齿轮齿条齿轮齿条蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆2021/9/232021/9/233535