机械系统部件的选择与设计要求11663.pptx

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1、机电一体化系统设计机电一体化系统设计第二章第二章 机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计郭世伟郭世伟郭世伟郭世伟一、机械系统部件的设计要求一、机械系统部件的设计要求1、机械传动系统的分析与特性、机械传动系统的分析与特性传统机械一般由动力件、传动件和执行件组成。信息控传统机械一般由动力件、传动件和执行件组成。信息控制等因素的引入，使作为动力源的传统电机转换为具有动力、制等因素的引入，使作为动力源的传统电机转换为具有动力、变速和执行等多功能的伺服电机，其变速功能可在很大程度上变速和执行等多功能的伺服电机，其变速功能可在很大程度上代替机械传动中的代替机械传动中的“调速装置调速装置”，取代了

2、几个执行件之间的传动，取代了几个执行件之间的传动联系，大大减少了传动件的数目，缩短了传动链，简化了机构，联系，大大减少了传动件的数目，缩短了传动链，简化了机构，使动力件、传动件与执行件朝着合为一体的最小系统进行。典使动力件、传动件与执行件朝着合为一体的最小系统进行。典型如控制电机对负载的型如控制电机对负载的“直接驱动直接驱动”等。等。机电一体化系统中的机械传动装置，不仅是转矩和转速机电一体化系统中的机械传动装置，不仅是转矩和转速的变换器，而是成为伺服系统的组成部分，要根据伺服控制的的变换器，而是成为伺服系统的组成部分，要根据伺服控制的要求进行选择设计。要求进行选择设计。影响传动链的动力学性能的

3、因素一般有：负载的变化，影响传动链的动力学性能的因素一般有：负载的变化，传动链惯性，传动链的固有频率，间隙、摩擦、润滑和温度变传动链惯性，传动链的固有频率，间隙、摩擦、润滑和温度变化等。化等。机电一体化机械系统要求机械传动部件满足转动惯量小、机电一体化机械系统要求机械传动部件满足转动惯量小、摩擦小、刚度大、振动特性好、阻尼合理、间隙小，还要求机摩擦小、刚度大、振动特性好、阻尼合理、间隙小，还要求机械系统的动态特性与电机速度环的动态特性相匹配等。械系统的动态特性与电机速度环的动态特性相匹配等。（1）转动惯量）转动惯量 大的转动惯量会使机械系统的负载增加，反应大的转动惯量会使机械系统的负载增加，反

4、应灵敏度降低，系统固有频率下降而容易产生谐振，也使电气驱灵敏度降低，系统固有频率下降而容易产生谐振，也使电气驱动部件的谐振频率降低，而阻尼增大。各种传动部件的等效转动部件的谐振频率降低，而阻尼增大。各种传动部件的等效转动惯量的计算。动惯量的计算。（2）刚度）刚度 有构件基本变形的刚度和两接触面的接触刚度。静有构件基本变形的刚度和两接触面的接触刚度。静刚度和动刚度。系统刚度越大：伺服系统的失动量（传动死区）刚度和动刚度。系统刚度越大：伺服系统的失动量（传动死区）越小；系统固有频率越高，超出系统的频带宽度，不易产生共越小；系统固有频率越高，超出系统的频带宽度，不易产生共振；增加闭环系统的稳定性等。

5、振；增加闭环系统的稳定性等。（3）谐振频率）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计阻包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计阻尼，可简化为质量尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振频弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系统率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。还有电气驱动部件的谐振频率。还有电气驱动部件的谐振频率。（4）摩擦）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。实际机械导轨的摩擦特性

6、随材料和表面状态的不同有很实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很大的不同。大的不同。滑动摩擦导轨易产生爬行现象，低速运动稳定性差；滚滑动摩擦导轨易产生爬行现象，低速运动稳定性差；滚动摩擦导轨和静压摩擦导轨无爬行，但有微小超程；摩擦力与动摩擦导轨和静压摩擦导轨无爬行，但有微小超程；摩擦力与传动部件的弹性变形产生位置误差，运动反向时，位置误差形传动部件的弹性变形产生位置误差，运动反向时，位置误差形成反转误差（回差）。成反转误差（回差）。（5）阻尼）阻尼机械部件振动时，机构材料内摩擦、运动副如导轨的摩机械部件振动时，机构材料内摩擦、运动副如导轨的摩擦阻尼等。实际的摩擦阻尼一般简化为粘性摩擦

7、的线性阻尼，擦阻尼等。实际的摩擦阻尼一般简化为粘性摩擦的线性阻尼，精确分析系统动力学时可用非线性阻尼特性。精确分析系统动力学时可用非线性阻尼特性。阻尼对弹性系统的振动特性的影响：黏性阻尼摩擦越大，阻尼对弹性系统的振动特性的影响：黏性阻尼摩擦越大，系统的稳态误差增加，精度降低；粘性阻尼大，可减小振幅和系统的稳态误差增加，精度降低；粘性阻尼大，可减小振幅和衰减振动。衰减振动。（5）间隙）间隙机械传动系统中，间隙的存在会产生反转回差，增加轮廓误机械传动系统中，间隙的存在会产生反转回差，增加轮廓误差，影响伺服系统的稳定性。间隙类型有：差，影响伺服系统的稳定性。间隙类型有：齿轮传动的齿侧间隙，丝杠螺母的

8、传动间隙，齿轮传动的齿侧间隙，丝杠螺母的传动间隙，丝杠轴承的轴向间隙，联轴器的扭转间隙等。丝杠轴承的轴向间隙，联轴器的扭转间隙等。齿轮传动的齿侧间隙的消除，有：齿轮传动的齿侧间隙的消除，有：a.刚性消隙法，调整后齿侧间隙不能自动补偿，但可提高传动刚性消隙法，调整后齿侧间隙不能自动补偿，但可提高传动刚度。如调整两齿轮的中心距来消除齿侧间隙；锥度齿轮轴刚度。如调整两齿轮的中心距来消除齿侧间隙；锥度齿轮轴向位移来消隙；斜齿圆柱齿轮消隙等。向位移来消隙；斜齿圆柱齿轮消隙等。b.柔性消隙法，调整后齿侧间隙可以自动补偿，对齿轮的齿厚、柔性消隙法，调整后齿侧间隙可以自动补偿，对齿轮的齿厚、齿距精度要求可下降

9、，但会影响传动平稳性，且传动刚度低，齿距精度要求可下降，但会影响传动平稳性，且传动刚度低，结构较复杂。如有双齿轮错齿式消隙机构，碟形弹簧消隙机结构较复杂。如有双齿轮错齿式消隙机构，碟形弹簧消隙机构等。构等。c.丝杠螺母间隙的调整：丝杠螺母间隙的调整：2、机械系统部件的设计要求、机械系统部件的设计要求与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统的机械系统要求的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要定位精度高，动态响应特性好（即响应要快，稳定性要好），快，稳定性要好），为达到要求，为达到要求，在设计中常提出在设计中常提出在设计中常提出在设计中常

10、提出无间隙、无间隙、无间隙、无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：1)1)低摩擦低摩擦 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副，滚动导向支承、动（静）压导向支承；如采用滚珠丝杠副，

11、滚动导向支承、动（静）压导向支承；2)2)缩短传动链（如电机与丝杠螺母副直接连接，以减少缩短传动链（如电机与丝杠螺母副直接连接，以减少中间传动机构等），提高传动与支承刚度（预紧的方法）；中间传动机构等），提高传动与支承刚度（预紧的方法）；3)3)选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；力；4)缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施；措施；5)提高刚度提高刚度 改进支承及架

12、体的结构设计以提高刚性、减少振改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。二、二、机械传动部件的选择与设计机械传动部件的选择与设计机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转

13、速方面得到最佳匹配。转矩与转速方面得到最佳匹配。（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。具体讲有三个方面：具体讲有三个方面：1)精密化精

14、密化要适应产品的高定位精度等性能的要求，对要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。机械传动机构的精密度要求也越来越高。2)高速化高速化产品工作效率的高低，直接与机械传动部件产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要求。求。3)小型化、轻量化小型化、轻量化机电一体化系统机电一体化系统(或产品或产品)精密化、高精密化、高速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运动灵敏度动灵敏度(快速响应性快速响应

15、性)、减小冲击、降低能耗。为与微电子部、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短、小、件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短、小、轻、薄化。轻、薄化。对工作机中的传动机构，要求实现运动和动力的变换，对工作机中的传动机构，要求实现运动和动力的变换，对信息机中的传动机构，主要是运动的变换功能。对信息机中的传动机构，主要是运动的变换功能。常用机械传动部件及其运动、动力变换功能列表如下：常用机械传动部件及其运动、动力变换功能列表如下：（二）丝杠螺母传动机构（二）丝杠螺母传动机构1、基本传动形式、基本传动形式丝杠螺母机构为螺旋传动机构，主要实现旋转运动与

16、直丝杠螺母机构为螺旋传动机构，主要实现旋转运动与直线运动间的相互变换，应用于能量传递（传力螺旋）、运动传线运动间的相互变换，应用于能量传递（传力螺旋）、运动传递（传动螺旋）和零件相对位置的调整（调整螺旋）等。递（传动螺旋）和零件相对位置的调整（调整螺旋）等。根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式有四种类型：有四种类型：（1）螺母固定、丝杠转动并移动；）螺母固定、丝杠转动并移动；（2）丝杠转动、螺母移动；）丝杠转动、螺母移动；（3）螺母转动、丝杠移动；）螺母转动、丝杠移动；（4）丝杠固定、螺母转动并移动。）丝杠固定、螺母转动并移动。分别见

17、图分别见图a、b、c、d丝杠螺母机构的基本传动形式丝杠螺母机构的基本传动形式差动传动方式，多用于微动机构中。差动传动方式，多用于微动机构中。2、滚珠丝杠副、滚珠丝杠副丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滚珠丝杠副为一种新型的螺旋传动机构，有适当数目滚珠丝杠副为一种新型的螺旋传动机构，有适当数目的滚珠作为丝杠与螺母间的中间传动元件，变滑动摩擦为滚的滚珠作为丝杠与螺母间的中间传动元件，变滑动摩擦为滚动摩擦。为防止滚珠从滚道端面掉出，螺母螺旋槽两端设置动摩擦。为防止滚珠从滚道端面掉出，螺母螺旋槽两端设置滚珠回程引导装置，构成滚珠循环返回流动的闭

18、合通道。滚珠回程引导装置，构成滚珠循环返回流动的闭合通道。滚珠丝杠螺母机构具有以下特点：滚珠丝杠螺母机构具有以下特点：（1）摩擦阻力矩小，摩擦损失小，传动效率高，功率消耗是）摩擦阻力矩小，摩擦损失小，传动效率高，功率消耗是常规的滑动丝杠螺母副的常规的滑动丝杠螺母副的1/4 1/3；（2）适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可）适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好；以消除空程死区，定位精度高，刚度好；（3）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高；）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高；（4）有运动可逆性，丝杠、螺母均可作为主动

19、件；）有运动可逆性，丝杠、螺母均可作为主动件；（5）不易磨损，使用寿命长等优点，精度保持好。）不易磨损，使用寿命长等优点，精度保持好。在机电一体化系统中应用广泛。在机电一体化系统中应用广泛。同时它结构复杂，加工精度要求高，制造成本高；无自同时它结构复杂，加工精度要求高，制造成本高；无自锁功能，作升降传动机构时，需采取制动措施。锁功能，作升降传动机构时，需采取制动措施。3、滚珠丝杠副的典型结构类型、滚珠丝杠副的典型结构类型滚珠丝杠副的结构形式可以从螺纹滚道的截面形状、滚滚珠丝杠副的结构形式可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙的调整方法进行区别。珠的循环方式和消除轴向间隙的调整方

20、法进行区别。（1）螺纹滚道型面形状）螺纹滚道型面形状单圆弧型单圆弧型 双圆弧型双圆弧型滚道圆弧半径滚道圆弧半径R，滚道圆弧偏心距，滚道圆弧偏心距e，接触角，接触角（2）滚珠的循环方式）滚珠的循环方式有内循环和外循环两种方式。有内循环和外循环两种方式。内循环方式时，滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保内循环方式时，滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚持接触。利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。道，形成一个循环回路。内循环固定式；内循环固定式；内循环浮动式（借助碟内循环浮动式（借助碟簧片的弹力，始终给反簧片的弹力，始终给

21、反向器一个径向推力）。向器一个径向推力）。外循环方式时，滚珠在外循环方式时，滚珠在循环返向时，离开丝杠螺纹循环返向时，离开丝杠螺纹循环返向时，离开丝杠螺纹循环返向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外作循环运动。滚道，在螺母体内或体外作循环运动。滚道，在螺母体内或体外作循环运动。滚道，在螺母体内或体外作循环运动。a）螺旋槽式）螺旋槽式 循环回路由螺母循环回路由螺母2上的螺纹上的螺纹凹槽凹槽3，经两个通孔，与螺，经两个通孔，与螺纹滚道相通。纹滚道相通。挡珠器挡珠器4，套筒，套筒1b）插管式）插管式循环回路由弯管循环回路由弯管1，经弯管端，经弯管端部，与螺纹滚道部，与螺纹滚道5相通。相通。弯管端部

22、作挡珠器，压板弯管端部作挡珠器，压板2c）端盖式：端盖式：循环回路由螺母体循环回路由螺母体1上的纵上的纵向孔，经螺母端盖向孔，经螺母端盖2上的回上的回程道口，与螺纹滚道相通。程道口，与螺纹滚道相通。滚珠丝杠副的型号格式（旧标准标识）：滚珠丝杠副的型号格式（旧标准标识）：包含其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征。包含其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征。4、滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数 公公称称直直径径（d d0）:它指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它是滚珠丝杠副的特征（或名义）尺寸。基基本本导导程程(P

23、Ph)()(或或螺螺距距t t)：它指丝杠相对于螺母旋转6.28弧度时，螺母上基准点的轴向位移。行行程程：它指丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。此外还有丝杠螺纹大径d1、丝杆螺纹底径d2、滚珠直径DW、螺母螺纹底径D2、螺母螺纹内径D3、丝杠螺纹全长1 1等。精度要求高应选用较小的基本导程；一个循环回路的滚珠工作圈数一般取2.53.5；滚珠总数N一般不超过150个。尺尺寸寸系系列列，国国际际标标准准化化组组织织(ISO(ISODIS3408-2-1991)DIS3408-2-1991)和和GB/T 17587.2-1998GB/T 17587.2-1998中规定：中规定：公

24、公称称直直径径(mm)(mm)：6 6，8 8，1010，1212，1616，2020，2525，3232，4040，5050，6363，8080，100100，125125，160160及及200200。公公称称基基本本导导程程(mm)(mm)：1 1，2 2，2.52.5，3 3，4 4，5 5，6 6，8 8，1010，1212，1616，2020，2525，3232，4040。优先选用：优先选用：2.52.5，5 5，1010，2020及及4040。5 5、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法 1)1)精精度度等等级级：根根据据GB/T17587.3-1998

25、GB/T17587.3-1998（与与ISO ISO 3408-33408-3：19921992同同）标标准准，将将滚滚珠珠丝丝杠杠副副的的精精度度分分成成为为1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、7 7、1010共共七七个个等等级级，最最高高级级为为1 1级级，最最低低级级为为1010级级。按按实实际际使使用用要要求求，在在每每一一精精度度等等级级内内指指定定了了导导程程精精度度的的验验收收检检验验项项目目，未指定的检验项目其导程误差不得低于下一级精度的规定值。未指定的检验项目其导程误差不得低于下一级精度的规定值。推荐采用的精度等级：推荐采用的精度等级：数数控控机机床床、精精密密机机床床和

26、和精精密密仪仪器器等等用用于于开开环环和和半半闭闭环环进进给给系系统统，根根据据定定位位精精度度和和重重复复定定位位精精度度的的要要求求可可选选用用1 1、2 2、3 3级级，一一般般动动力力传传动动可可选选用用4 4、5 5级级，全全闭闭环环系系统统可可选选2 2、3 3、4 4级。级。新标准标识符号新标准标识符号2)标注方法：标注方法：GB/T17587.1-1998规定滚珠丝杠的标识规定滚珠丝杠的标识符号应按下图给定顺序排列的内容标注。符号应按下图给定顺序排列的内容标注。6、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧滚珠丝杠副在有负载作用下，滚珠和滚道面接触点处会滚珠

27、丝杠副在有负载作用下，滚珠和滚道面接触点处会产生弹性变形，换向时轴向间隙会引起非连续空回，影响传动产生弹性变形，换向时轴向间隙会引起非连续空回，影响传动精度和系统稳定性。精度和系统稳定性。双螺母螺纹预紧调整式双螺母螺纹预紧调整式1锁紧螺母，锁紧螺母，2调整螺母，调整螺母，3、4滚珠螺母滚珠螺母右图为单螺母变位导程自预右图为单螺母变位导程自预右图为单螺母变位导程自预右图为单螺母变位导程自预紧方式。它是在滚珠螺母体紧方式。它是在滚珠螺母体紧方式。它是在滚珠螺母体紧方式。它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，内的两列循环滚珠链之间，内的两列循环滚珠链之间，内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向

28、制作一使内螺纹滚道在轴向制作一使内螺纹滚道在轴向制作一使内螺纹滚道在轴向制作一个个个个 P Ph h 的导程突变量，从而的导程突变量，从而的导程突变量，从而的导程突变量，从而使二列滚珠产生轴向错位而使二列滚珠产生轴向错位而使二列滚珠产生轴向错位而使二列滚珠产生轴向错位而实现预紧，预紧力的大小取实现预紧，预紧力的大小取实现预紧，预紧力的大小取实现预紧，预紧力的大小取决于决于决于决于 P Ph h 和单列滚珠的径向和单列滚珠的径向和单列滚珠的径向和单列滚珠的径向间隙。其特点是结构简单紧间隙。其特点是结构简单紧间隙。其特点是结构简单紧间隙。其特点是结构简单紧凑，但使用中不能调整，且凑，但使用中不能调

29、整，且凑，但使用中不能调整，且凑，但使用中不能调整，且制造困难。制造困难。制造困难。制造困难。7、滚珠丝杠副的支承方式、滚珠丝杠副的支承方式丝杠的轴承组合及轴承座以及其它零件的连接刚度不足，丝杠的轴承组合及轴承座以及其它零件的连接刚度不足，会严重影响滚珠丝杠副的传动刚度和精度。为提高轴向刚度，会严重影响滚珠丝杠副的传动刚度和精度。为提高轴向刚度，常用以推力轴承为主的轴承组合来支承丝杠。常用以推力轴承为主的轴承组合来支承丝杠。简支端简支端仅有球轴承，自由端仅有球轴承，自由端悬空呈自由状态，悬空呈自由状态，单推单推单个推力轴承，双推单个推力轴承，双推推力轴承与球轴承的组合推力轴承与球轴承的组合推力

30、轴承可施加预紧力，实现预拉伸安装。推力轴承可施加预紧力，实现预拉伸安装。丝杠热变形问题，轴承安装注意远离马达热源和丝杠常丝杠热变形问题，轴承安装注意远离马达热源和丝杠常用段，以减小丝杠热变形的影响。用段，以减小丝杠热变形的影响。简易单推简易单推-单推式支承单推式支承（1）单推）单推-单推式单推式可预拉伸安装，预紧力大，可预拉伸安装，预紧力大，轴向刚度较高。轴向刚度较高。（2）双推）双推-双推式双推式轴向刚度最高，适于高刚度、轴向刚度最高，适于高刚度、高速、高精度的丝杠传动。高速、高精度的丝杠传动。对丝杠热变形敏感。对丝杠热变形敏感。（3）双推）双推-简支式简支式预紧力小，寿命长，常用预紧力小，

31、寿命长，常用于中速、高精度的长丝杠于中速、高精度的长丝杠传动系统。注意丝杠热变传动系统。注意丝杠热变形影响。形影响。（4）双推）双推-自由式自由式承载能力小，轴向刚度低，多用于承载能力小，轴向刚度低，多用于短程、轻载、低速的垂直安装。短程、轻载、低速的垂直安装。8、滚珠丝杠副的制动方式、滚珠丝杠副的制动方式自锁、制动或重力平衡装置。选购滚珠丝杠时可同时选自锁、制动或重力平衡装置。选购滚珠丝杠时可同时选购相宜的超越离合器，体积小、重量轻，易于安装。购相宜的超越离合器，体积小、重量轻，易于安装。超越离合器超越离合器 1-1-外圈外圈 ；2-2-星轮星轮 ；3-3-滚柱：滚柱：4-4-活销活销 ；5

32、-5-弹簧弹簧 当主轴当主轴7 7作上、下进给运动作上、下进给运动时，电磁线圈时，电磁线圈2 2通电并吸引铁心通电并吸引铁心1 1，从而打开摩擦离合器，从而打开摩擦离合器4 4，此，此时电动机时电动机5 5通过减速齿轮、滚珠通过减速齿轮、滚珠丝杠副丝杠副6 6托动运动部件（主轴头）托动运动部件（主轴头）7 7作垂直上下运动。当电动机断作垂直上下运动。当电动机断电时，电磁线圈电时，电磁线圈2 2也同时断电，也同时断电，在弹簧在弹簧3 3的作用下摩擦离合器的作用下摩擦离合器4 4压紧制动轮，使滚珠丝杠不能压紧制动轮，使滚珠丝杠不能自由转动，从而防止运动部件自由转动，从而防止运动部件因自重而下降。因

33、自重而下降。单推单推-单推式支承的简易制动装置单推式支承的简易制动装置1-1-铁心；铁心；2-2-电磁线圈；电磁线圈；3-3-弹簧；弹簧；4-4-摩擦离合器；摩擦离合器；5-5-电动机；电动机；6-6-滚珠丝杠副；滚珠丝杠副；7-7-主轴头主轴头9、滚珠丝杠副的密封与润滑、滚珠丝杠副的密封与润滑防尘密封圈，防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝防尘密封圈，防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。密封圈有接触式、非接触式。杠副。密封圈有接触式、非接触式。防护套的形式有折叠式密防护套的形式有折叠式密防护套的形式有折叠式密防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。下图为防护套示例：封套、伸缩套

34、管和伸缩挡板。下图为防护套示例：封套、伸缩套管和伸缩挡板。下图为防护套示例：封套、伸缩套管和伸缩挡板。下图为防护套示例：润滑剂提高丝杠副的耐磨性和传动效率，维持其精度，润滑剂提高丝杠副的耐磨性和传动效率，维持其精度，延长寿命。润滑油、润滑脂。延长寿命。润滑油、润滑脂。1-1-1-1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；螺旋弹簧钢带式伸缩套管；螺旋弹簧钢带式伸缩套管；螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-2-2-2-波纹管密封套波纹管密封套波纹管密封套波纹管密封套10、滚珠丝杠副的选择、滚珠丝杠副的选择（1）丝杠副结构的选择）丝杠副结构的选择根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择根据防尘防护条件以及对调隙及预

35、紧的要求，可选择适当的结构型式。例如：适当的结构型式。例如：当允许有间隙存在时当允许有间隙存在时(如垂直运动如垂直运动)，可选用具有，可选用具有单圆弧单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构双螺母垫片调整预紧式结构。（2）丝杠副尺寸的

36、选择）丝杠副尺寸的选择选用滚珠丝杠副时通常主要选择丝杠的公称直径选用滚珠丝杠副时通常主要选择丝杠的公称直径d0和基和基本导程本导程。公称直径公称直径d0应根据应根据轴向最大载荷轴向最大载荷按滚珠丝杠副按滚珠丝杠副尺寸系列尺寸系列选择；选择；螺纹长度螺纹长度l1在允许的情况下要尽量短，一般取在允许的情况下要尽量短，一般取l1/d0小于小于30为宜；为宜；基本导程基本导程Ph(或螺距或螺距t)应按承载能力、传动精度及传动速应按承载能力、传动精度及传动速度选取，导程大承载能力也大，导程小传动精度较高。要求传度选取，导程大承载能力也大，导程小传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。动速

37、度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。（3）滚珠丝杠副的选择步骤）滚珠丝杠副的选择步骤在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的工作条件：在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的工作条件：最大的工作载荷最大的工作载荷Fmax(或平均工作载荷或平均工作载荷Fcp)(N)作用下的使用寿作用下的使用寿命命T(h)；丝杠的工作长度丝杠的工作长度(或螺母的有效行程或螺母的有效行程)l(mm)；丝杠的转速丝杠的转速n(或平均转速或平均转速ncp)(r/min)；滚道的硬度滚道的硬度HRC及丝杠的工况，然后按下列步骤进行选择。及丝杠的工况，然后按下列步骤进行选择。承载能力选择承载能力选择:压杆稳定性核算式：压杆稳定性核算式：刚

38、度的验算：刚度的验算：滚珠丝杠在轴向力下会产生伸缩，在扭矩下产生扭转，对滚珠丝杠在轴向力下会产生伸缩，在扭矩下产生扭转，对丝杠导程、传动精度、定位精度等产生影响。验算满载时的变形丝杠导程、传动精度、定位精度等产生影响。验算满载时的变形量：丝杠工作负载为量：丝杠工作负载为F，扭矩，扭矩T，每导程的变形量，每导程的变形量 L（cm）：）：（三）齿轮传动部件（三）齿轮传动部件齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动比齿轮传动比 i 应满足驱动部件与负载之间的位移及转应满足驱

39、动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求，用于伺服系统的齿轮减速器，其输入矩、转速的匹配要求，用于伺服系统的齿轮减速器，其输入电动机为高转速、低转矩，而输出则为低转速、高转矩。电动机为高转速、低转矩，而输出则为低转速、高转矩。齿轮传动系统传递转矩时，要求有齿轮传动系统传递转矩时，要求有高的刚度高的刚度，惯性尽量小，惯性尽量小，精度高精度高。齿间。齿间啮合间隙啮合间隙会造成传动死区，精度受影响，在闭环系会造成传动死区，精度受影响，在闭环系统中，会造成统中，会造成系统不稳定系统不稳定。除了采用精度高，齿侧间隙小的齿轮传动副外，还可采用除了采用精度高，齿侧间隙小的齿轮传动副外，还可采用多种方法消

40、除或减小啮合间隙，提高传动精度和系统稳定性。多种方法消除或减小啮合间隙，提高传动精度和系统稳定性。先求总的传动比：先求总的传动比：因负载特性和工作条件的不同，最佳传动比有各种选择方因负载特性和工作条件的不同，最佳传动比有各种选择方法。法。步进电机步距角步进电机步距角，系统脉冲当量，系统脉冲当量，丝杠基本导程，丝杠基本导程Ph，则满足匹配关系的减速比为：则满足匹配关系的减速比为：直流伺服电机的额定转矩直流伺服电机的额定转矩Tm，转子转动惯量为，转子转动惯量为Jm；负载；负载转动惯量转动惯量JL，负载转矩，负载转矩TLF；中间的齿轮减速器减速比为；中间的齿轮减速器减速比为i。加速转矩为：加速转矩为

41、：依据负载加速度最大的方法确定总传动比：依据负载加速度最大的方法确定总传动比：1、齿轮传动比的匹配选择、齿轮传动比的匹配选择总的传动比求出后，为使系统结构紧凑、提高传总的传动比求出后，为使系统结构紧凑、提高传动精度和满足动态性能等要求，需要对各级传动比进行动精度和满足动态性能等要求，需要对各级传动比进行合理分配，有如下分配原则：合理分配，有如下分配原则：（1）重量最轻原则）重量最轻原则对于小功率传动系统，使对于小功率传动系统，使各级传动相等各级传动相等，即可使，即可使传动装置的重量最轻。该结论是在假定各主动小齿轮模传动装置的重量最轻。该结论是在假定各主动小齿轮模数、齿数均相同的条件下导出的，故

42、所有大齿轮的齿数、数、齿数均相同的条件下导出的，故所有大齿轮的齿数、模数也相同，每级齿轮副的中心距离也相同。模数也相同，每级齿轮副的中心距离也相同。上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因其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传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况级增加的情况,此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑的要求进行综合考虑。各级传动比一般应以的要求进行综合考虑。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。（2）输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则输出轴转

43、角误差最小原则输出轴转角误差最小原则转角误差的计算举例转角误差的计算举例 已知：有一三级齿轮传动减速器，已知：有一三级齿轮传动减速器，z1z z6 6的转角误差分别是：的转角误差分别是：1 1=0.06=0.06弧度弧度/sec/sec、2 2=3 3=0.03=0.03弧度弧度/sec/sec、4 4=5 5=0.015=0.015弧度弧度/sec/sec、6 6=0.01=0.01弧度弧度/sec/sec。减速比分别为：减速比分别为：i i1 1=i i2 2=2=2、i i3 3=3=3，则，则i i=12.=12.求其总转角误差求其总转角误差max max .解：解：maxmax=1

44、1/i i+(+(2 2+3 3)/()/(i i2 2i i3 3)+)+(4 4+5 5)/i)/i3 3+6 6=0.06/12+0.06/6+0.03/3+0.01=0.06/12+0.06/6+0.03/3+0.01 =0.035(=0.035(弧度弧度/sec)/sec)（3 3）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH