谐波齿轮传动与滚珠螺旋传动.pptx

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1、 谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮l、具有外齿的柔轮2和波发生器3。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。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，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，从而传递运动。三、谐波齿轮传动第1页/共38页 在波发生器转动一周期间，柔

2、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应等于波发生器波数(即波发生器上的滚轮数)的整倍数，通常取为等于波数。三、谐波齿轮传动第2页/共38页三、谐波齿轮传动第3页/共38页2 谐波齿轮传动的传动比计算 式中：、分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度；、分别为刚轮和柔轮的齿数。(1)当柔轮固定时，则 三、谐波齿轮传动第4页/共38页(2)当刚轮固定时，则设 、当柔轮固定时，当柔轮固定时三、谐波齿轮传动第5页/共38页3.谐波齿轮传动机构的选择及计算常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图谐波齿轮传

3、动机构选用说明：(1).传动比的选择目前我国谐波齿轮传动机构的传动比已标准化，主要有100、125、160、200、250、315、400等。允许传动比有正负5的误差。三、谐波齿轮传动第6页/共38页(2).名义力矩 名义力矩是指在谐波齿轮传动的使用期限（一般5000h）允许输出的最大力矩。名义力矩也已标准化。(3).材料选择 柔轮处在反复变形的状态下工作，需要取强度和抗疲劳性较好的合金结构钢来制作。对于小功率的传动装置，有时可以选用尼龙1010、尼龙6和含氟塑料等材料来制作柔轮。刚轮可采用45钢、40Cr或高强度铸铁、球墨铸铁等材料。波形发生器一般选用55Si2、60Si2、50CrMn等材

4、料。三、谐波齿轮传动第7页/共38页(4).减速机构输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带轮及平皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷 ，校验公式为式中：D齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径(m)FR悬臂负荷系数（齿轮FR=1.5；链轮 FR=1.2；三角皮带轮FR=2；平皮带轮FR=2.5)当结果安全。三、谐波齿轮传动第8页/共38页 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。滚珠螺旋传动与滑动螺旋传

5、动或其它直线运动副相比，有下列特点：（1）传动效率高 一般滚珠丝杠副的传动效率达8095，耗费能量仅为滑动丝杆的1/3。四、滚珠螺旋传动第9页/共38页（2）运动平稳 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，预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。（3）工作寿命长 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持性。寿命约为滑动丝杆副的56倍以上。（4）定位精度和重复定位精度高 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补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。四、滚珠螺旋传动第10页/

6、共38页（5）同步性好 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。（6）可靠性高 润滑密封装置结构简单，维修方便。（7）不能自锁 用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（8）制造工艺复杂 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。四、滚珠螺旋传动第11页/共38页1.工作原理与结构四、滚珠螺旋传动滚珠丝杆副结构滚珠丝杆副结构端盖循环端盖循环 插管循环插管循环第12页/共38页 丝杠和螺母的螺纹滚道间装有承载滚珠，当丝杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端

7、设有回程引导装置，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。u其中内循环又分为固定式内循环和浮动式内循环。外循环又分为螺旋槽式、插管氏、端盖式。四、滚珠螺旋传动第13页/共38页外循环外循环滚珠在循环返回时，离开丝杠螺滚珠在循环返回时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母或体外作循环运纹滚道，在螺母或体外作循环运动动。内循环内循环滚珠在循环过程中始终与丝杠表面滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，内循环方式的优点是滚保持接触，内循环方式的优点是滚珠循环的回路短，流畅性好，效率珠循环的回路短，流畅性好，效率高螺母的尺寸也较小。缺点是反向高螺母的尺寸

8、也较小。缺点是反向器加工困难，装配调整也不方便。器加工困难，装配调整也不方便。（1）滚珠循环方式）滚珠循环方式第14页/共38页螺旋槽式的特点是工艺简单、径向尺寸小、易于制造，但是挡珠器刚性差，易磨损（2）外循环方式）外循环方式a 螺旋槽式螺旋槽式第15页/共38页b 插管氏插管氏插管式结构简单，容易制造，但插管式结构简单，容易制造，但是径向尺寸较大，弯管端部比较是径向尺寸较大，弯管端部比较容易磨损容易磨损端盖式结构简单、工艺性好，但滚道吻接和弯曲处圆角不易加工准备而影响其性能，故应用较少。c 端盖式端盖式第16页/共38页2.滚珠丝杠副轴向间隙的调整和施加预紧力的方法 滚珠丝杠副除了对本身单

9、一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。通常采用双螺母预紧或单螺母（大滚珠、大导程）的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。四、滚珠螺旋传动第17页/共38页4.滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法(1)主要尺寸 标称直径、导程、螺旋升角等。(2).精度等级 JB316.282滚珠丝杠副精度标准规定分为六个等级：C、D、E、F、G、H。C级最高，H级最低。(3).标注方法 四、滚珠螺旋传动第18页/共38页标注方

10、法：第19页/共38页3.滚珠丝杠副的支撑方式 丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其它零件的连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精度都有很大影响，需在设计、安装时认真考虑。为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合，仅当轴向载荷很小时，才用向心推力轴承。以下列出了四种典型支承方式及其特点。四、滚珠螺旋传动第20页/共38页四、滚珠螺旋传动铰支铰支铰支铰支丝杠两端都安装一个推力轴承和向心球轴承丝杠两端都安装一个推力轴承和向心球轴承1轴向刚度较高；轴向刚度较高；2预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比方案预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比方案 2低；低；3适宜中速传动、精度高。适宜

11、中速传动、精度高。第21页/共38页固定固定四、滚珠螺旋传动丝杠两端各安装两个推力轴承和向心球轴承丝杠两端各安装两个推力轴承和向心球轴承1轴向刚度最高；轴向刚度最高；2预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高3适宜高速、高刚度、高精度。适宜高速、高刚度、高精度。第22页/共38页固定铰支四、滚珠螺旋传动一端安装两个推力轴承，另一端安装向心球轴承一端安装两个推力轴承，另一端安装向心球轴承1 1轴向刚度不高，与螺母位置有关；轴向刚度不高，与螺母位置有关；2 2双推端可预拉伸安装；双推端可预拉伸安装；3 3适宜中速、精度较高的长丝杠。适宜中速、精度较高的长丝杠

12、。第23页/共38页固定自由四、滚珠螺旋传动仅在一段安装两个推力轴承，另一端处于自由状态仅在一段安装两个推力轴承，另一端处于自由状态1轴向刚度低，与螺母位置有关；轴向刚度低，与螺母位置有关；2双推端可预拉伸安装；双推端可预拉伸安装；3适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。第24页/共38页4.滚珠丝杠副的设计计算 设计滚珠丝杠副的已知条件：工作载荷F(N)或平均工作载荷Fm(N)，使用寿命 (h)，丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)L(m)，丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax)(rmin)，以及滚道硬度HRC和运转情况。一般的设计步骤

13、及方法如下：（1）丝杠副的计算载荷Fc(N)四、滚珠螺旋传动第25页/共38页 载荷系数，按表1选取；硬度系数，按表2选取；精度系数，按表3选取；平均工作载荷（N）。四、滚珠螺旋传动载载载载 荷荷荷荷 性性性性 质质质质无冲击平稳运无冲击平稳运无冲击平稳运无冲击平稳运转转转转一般运转一般运转一般运转一般运转有冲击和振动有冲击和振动有冲击和振动有冲击和振动运转运转运转运转11.211.21.21.51.21.51.52.51.52.5滚道实际硬度滚道实际硬度滚道实际硬度滚道实际硬度HRCHRC585855555050454540401.01.01.111.111.561.562.42.43.85

14、3.85精度系数C、DE、FGH1.01.11.251.43第26页/共38页丝杠副的平均转速（丝杠副的平均转速（r/minr/min）；）；（2）计算额定动载荷 四、滚珠螺旋传动四、滚珠螺旋传动式中：式中：运转寿命（运转寿命（h h）；）；计算载荷（计算载荷（N N）。）。第27页/共38页（3）根据在滚珠丝杠系列中选择所需要的规格，使所选规格的丝杠副的额定动载荷。（4）验算传动效率、刚度及工作稳定性，如不满足要求则应另选其它型号并重新验算。（5）对于低速（）传动，只按额定静载荷计算即可。四、滚珠螺旋传动第28页/共38页 例1 试设计一数控铣床工作台进给用滚珠丝杠副。已知平均工作载荷Fm3

15、800N，丝杠工作长度l1.2m，平均转速nm100r/min，最大转速nmax10000r/min，使用寿命15000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为5862HRC，传动精度要求 解：(1)求计算载荷Fc 四、滚珠螺旋传动第29页/共38页(2)根据寿命条件计算额定动载荷(3)根据必须的额定动载荷选择丝杠副尺寸，由查表，得如下规格：四、滚珠螺旋传动规格型号规格型号规格型号规格型号公称导公称导公称导公称导程程程程p p丝杠外丝杠外丝杠外丝杠外径径径径d d钢球直钢球直钢球直钢球直径径径径d dWW丝杠底丝杠底丝杠底丝杠底径径径径d d1 1循环圈循环圈循环圈循环圈数数数数动负荷动负荷

16、动负荷动负荷C Ca a(KN)(KN)FFZD3210-3FFZD3210-33232101032.532.57.1447.14427.327.33 325.725.7FFZD5006-5FFZD5006-550506 648.948.94 445.945.95 526.426.4第30页/共38页考虑各种因素，选FFZD5006-5，其中：公称直径：D0=50mm 导程：p=6mm 螺旋角：=arctan(6/(50)=211 滚珠直径：d0=4mm 滚道半径：R=0.52d0=0.524=2.08mm 偏心距：丝杠内径：d1=45.9mm四、滚珠螺旋传动第31页/共38页(4)稳定性验算

17、：假设为固定铰支（FS），因为丝杠较长，所以用压杆稳定性来求临界载荷式中：E丝杠的弹性模量，对钢 丝杠危险截面的轴惯性矩 长度系数，两端用铰接时，m四、滚珠螺旋传动第32页/共38页四、滚珠螺旋传动丝杠是安全的，不会失稳。丝杠是安全的，不会失稳。支承方式支承方式支承方式支承方式有关系数有关系数有关系数有关系数固定固定固定固定自由自由自由自由FOFO固定固定固定固定铰支铰支铰支铰支FSFS固定固定固定固定固定固定固定固定FFFF34342.53.32.53.32 22/32/31.8751.8753.9273.9274.7304.730第33页/共38页 临界转速 验证 高速运转时，需验算其是否

18、会发生共振的最高转速，要求丝杠最高转速 。临界转速可按公式计算：四、滚珠螺旋传动第34页/共38页（5）刚度验算：滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（Nm）共同作用下引起每个导程的变形量 （m）为式中：A丝杠的截面积，(m2)；丝杠的极惯性矩，(m4)；G钢的切变模量，对于钢G=83.3GPa；T转矩（Nm）四、滚珠螺旋传动第35页/共38页按最不利的情况，即取F=Fm，则 丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，即 四、滚珠螺旋传动第36页/共38页（6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副能满足使用要求。经上述计算验证，FFZD5006-5各项性能指标均符合题目要求，可选用。四、滚珠螺旋传动第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页