机电一体化系统设计_第二章机械部件选择与设计

1、第二章第二章机电一体化系统机电一体化系统机械部件选择与设计机械部件选择与设计 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及其传动部件机械构件及其传动部件 控制部件、接口电路、功率放控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承件以及传感元件等件、导向支承件以及传感元件等 部分均与机械部分相关，而最主部分均与机械部分相关，而最主要的是机械传动部件，导向支承要的是机械传动部件，导向支承件部件。件部件。 机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，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：具有一定的特殊要求：（1 1）较高的

2、定位精度。）较高的定位精度。（2 2）良好的动态响应特性。响应快、稳定性好。）良好的动态响应特性。响应快、稳定性好。（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。（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和要这表明了机械系统部件选择与设计时的特点和要求求。 要达到上述要求，在机电一体化系统机械系要达到上述要求，在机电一体化系统机械系统设计中，可采取的主要措施：统设计中，可采取的主要措施： （1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如：滚珠丝杠副、滚动导向和支

3、承、动静压导如：滚珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。向和支承。（2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。如：）缩短传动链，提高传动与支承刚度。如：大扭矩、宽调速的伺服电动机；轴端预紧或预大扭矩、宽调速的伺服电动机；轴端预紧或预拉伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇拉伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。提高刚度。 （3）选择合理（最佳）传动比，提高系统）选择合理（最佳）传动比，提高系统分辨率，减少等效到执行元件输出轴上的等分辨率，减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。效转动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。 （4）尽可能地减小或消除传动误差和反

4、转）尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少支承变形，最终缩小反向四区误误差、减少支承变形，最终缩小反向四区误差。差。 （5）改进和合理设计支承件和机架结构，）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。提高刚度、减少振动和噪音。2.1.1 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：螺旋传动、齿轮传动、同步齿形传动、高速带传动，其动、同步齿形传动、高速带传动，其它非线性传动元件。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/ /转转速速力力/ /转矩、速度转矩、速度/ /转速变换器。转速变换器

5、。 主要作用或目的主要作用或目的使执行元件与负载使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）的匹配。的匹配。 基本要求基本要求传动间隙小、精度高、体传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。 可按传动部件的用途可按传动部件的用途工作机或信息工作机或信息机的主要功用而确定目标指标和参量。机的主要功用而确定目标指标和参量。 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。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）丝杠螺母

6、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（回珠装丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回珠装置）。置）。 功能：功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。或调整。 作用：作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。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。1 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。冷缩补偿空间；因而，存

7、在一定的空回间隙。2 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；为了实现连续运转，需一滚珠定的表面应力；为了实现连续运转，需一滚珠的回珠装置（内或外）。的回珠装置（内或外）。 滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、：结构简单、加工方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低传动效率低(30%40%)(30%40%)。 滚动丝杠螺母

8、机构滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（92%98%92%98%）、传动精度高。）、传动精度高。a) 螺母固定、丝杆转动并移动特点：结构简单、传动精度较高、螺母支承丝杆可消除附加轴向窜动，刚性较差特点：结构紧凑、丝杆刚性较高、要限制螺母转动，故需导向装置b) 丝杆转动，螺母移动c) 螺母转动、丝杆移动特点：结构复杂、站用空间较大、传动时需限制螺母移动和丝杆转动但使用不方便，故应用较少。特点：结构简单、紧凑、丝杆刚性较高d) 丝杆固定，螺母转动并移动（4 4）丝杠螺母传动的类型与特点）丝杠螺母传动的类型

9、与特点丝杠螺母机构传动的工作原理丝杠螺母机构传动的工作原理 0102S（1 1）滚珠丝杠副）滚珠丝杠副的组成的组成 由带螺旋槽的由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚丝杆、螺母、滚动元件滚珠动元件滚珠/ /滚柱、滚柱、回珠装置等组成。回珠装置等组成。 各元件的作用：各元件的作用：1234 具有传动阻力小；具有传动阻力小； 传动效率高（传动效率高（92%98%）；）； 轴向刚度高（适当预紧消除丝杠与螺母之轴向刚度高（适当预紧消除丝杠与螺母之间的轴向间隙或预拉丝杠）；间的轴向间隙或预拉丝杠）； 传动平稳；传动平稳； 传动精度高；传动精度高； 不易磨损、使用寿命长等优点；不易磨损、使用寿命长等优点； 但不能自锁

10、；但不能自锁； 因而用于高精度传动和升降传动时，需制因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。动定位装置。 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整与预循环方式、消除轴向间隙的调整与预紧方式三种形式进行分类。紧方式三种形式进行分类。1）按螺纹滚道截面形状分类：）按螺纹滚道截面形状分类： 分单圆弧型和双圆弧型两类。分单圆弧型和双圆弧型两类。bba) 单圆弧型滚道bb) 双圆弧型滚道b 单圆弧滚道单圆弧滚道：结构简单，：结构简单，传递精度由加工质量保传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，向间隙调整和预

11、紧能力，加工困难，加工精度要加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在求高，成本高，一般在轻载条件下工作。轻载条件下工作。 双圆弧滚道双圆弧滚道：结构简单，：结构简单，存在轴向间隙，加工质存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。能力，传递精度高。双圆弧滚道双圆弧滚道单圆弧滚道单圆弧滚道浮动式反向器内循环方式浮动式反向器内循环方式24315端盖式外循环端盖式外循环插管式外循环插管式外循环14324 无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，由于在无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，由于在结构上均

12、存在一定的轴向间隙，以及磨损间隙结构上均存在一定的轴向间隙，以及磨损间隙的存在，为了保证运动传递的连续性和可靠性，的存在，为了保证运动传递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并实施一定预紧，有利于提高丝消除轴向间隙并实施一定预紧，有利于提高丝杠的传递精度和一定的承载能力。杠的传递精度和一定的承载能力。消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法： 主要分为主要分为双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整四种方四种

13、方式。式。特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、调整方便，但无法定量调整。a) 双螺母螺纹预紧调整特点：结构较复杂、刚性好、预紧可靠、c) 双螺母齿差预紧调整但结构复杂、轴向刚度较差、适合清载场合。可定量调整（0.002mm/齿），精度高、方便。d) 弹簧式自动预紧调整使用调整不方便，但无法定量调整。b) 双螺母垫片预紧调整特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、 为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。丝杆安装刚度最高，预拉力随温度变化而变化，两端轴承预紧力不均。提高

14、了丝杆安装刚度，预拉力越大，轴承寿命降低。特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生预拉伸力，特点：一端固定，另一端自由，丝杠刚度较差，承载能力低。常用于轻载、低速、垂直安装的丝杠传动。d) 双推-自由式支承另一端简支可适当的提高丝杆安装刚度，丝杆无热变形应力。b) 双推-简支式支承特点：滚珠丝杆一端固定并产生一定预拉伸力，特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生较大的预拉伸力，c) 双推-双推式支承a) 单推-单推式支承滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点 超越离合器超越离合器 双推式电磁离合器双推式电磁离合器12345123467 超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回

15、转方向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，为超越状态。超越离合器具有以下功能 a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。 c.当它与滚珠丝杠或其它部件配套使用，防止逆转，实现自锁和逆止功能。定向离合器（滚柱定向离合器）只能向一个转向传递转矩，反向自动分离。主要由星轮1、外圈2、弹簧顶杆4和滚柱3构成。弹簧将滚柱3星轮的楔形槽内，使滚柱与星轮、外圈接触。一起同向运动。（运动方向如图）1 星轮 2 外圈 3滚柱 4弹簧顶杆 主要有脂润滑和滴油润滑。主要有脂润滑和滴油润滑

16、。 接触式密封（动或静密封）接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（和非接触式密封（迷宫式密封）。迷宫式密封）。 折叠式防尘套、伸缩折叠式防尘套、伸缩式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。1）滚珠丝杠副结构形式确定）滚珠丝杠副结构形式确定 依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝杠副的结构形式。杠副的结构形式。 以动力传动为主，允许传动存在以动力传动为主，允许传动存在一定间隙，且垂直安装。常用在高精度一定间隙，且垂直安装。常用在高精度压力设备上（导向精度由导轨保证）。压力设备上（导向精度由导轨保证）。 主要用在传递轻载荷、对传递动主要用在传递轻载荷

17、、对传递动力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力较小）的小型设备上。力较小）的小型设备上。 主要用于重载，以传递动力和运动为主，对主要用于重载，以传递动力和运动为主，对传递动力和运动的平稳性有较高的要求，传递精传递动力和运动的平稳性有较高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防尘效果好的高精度机器设备度高、丝杠刚度大防尘效果好的高精度机器设备上。上。丝杠侧螺母A 螺母B调整垫片预拉方向预拉方向预紧方向垫片预紧方向预紧原理预紧原理 预紧结构预紧结构 主要依据滚珠丝杠副传递的最大载荷、运动特性主要依据滚珠丝杠副传递的最大载荷、运动特性（传递速度）和范围（有效行程）、传递精度

18、要求，（传递速度）和范围（有效行程）、传递精度要求，选定滚珠丝杠副的公称直径、基本导程以及传递精度选定滚珠丝杠副的公称直径、基本导程以及传递精度等级。等级。 公称直径大，承载能力强；反之，承载能公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。力弱。 基本导程大，承载能力强，传动速度快，基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动精度降低；反之，承载能力减弱，传动速传动精度降低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，传动精度高。度慢，传动精度高。 传递精度：决定设备静态定位和运动精度、传递精度：决定设备静态定位和运动精度、动态响应特性、动态稳定特性。动态响应特性、动态稳定特性。 依据最大工作载荷依据最大工作载荷

19、(N)或平均工作载荷或平均工作载荷(N)作用下的使用寿命作用下的使用寿命T(h)、丝杆有效工作行程丝杆有效工作行程(mm)、丝杠转速、丝杠转速(r/min)或平均转速或平均转速(r/min)、滚、滚道硬度道硬度HRC以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。 在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。 压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副的精度和压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝

20、杠副的精度和变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。 结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。 * * *由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作。 齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向的变换器。（1 1）机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：）机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件： 定轴传动轮系定轴传动轮系、行星齿轮传动轮系行星齿轮传动轮系、谐波齿轮传动轮谐波齿轮传动轮。 1 1）定轴轮系传动）定轴轮系传动 i = i i1

21、2i12iZ ZZ Zi = 1 -2132H2213Z 2当 柔 轮 固 定 时 ，Z - Zgi =r=gZgZrHng+ 2Z Z =ng r齿轮传动齿轮传动 齿轮齿条传动齿轮齿条传动 主要由传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和主要由传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和行星架等组成。行星架等组成。i = i i12i12iZ ZZ Zi = 1 -2132H2213Z 2当 柔 轮 固 定 时 ，Z - Zgi =r=gZgZrHng+ 2Z Z =ng r工作原理工作原理主要组成元件主要组成元件工作过程工作过程谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型机构，它突破了机械传动采用刚性构件机构

22、的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动，从而获得了一系列其他传动所难以达到的特殊功能。l特点：l1承载能力高 谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。l2传动比大 单级谐波齿轮传动的传动比，可达 i=70500。l3体积小、重量轻。l4传动效率高、寿命长。l5传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。l6由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。 配置传动比的目的配置传动比的目的：满足驱动元件与负载之间的满足驱动元件与负载之间的、相互匹配的基本要求。相互匹配的基本要求。 由于

23、，机电一体化系统的传动负载、传动特性、传动精由于，机电一体化系统的传动负载、传动特性、传动精度、工作条件差异很大，齿轮传动部件传动比的配置应主度、工作条件差异很大，齿轮传动部件传动比的配置应主要依据不同系统的实际工作情况与要求进行配置。要依据不同系统的实际工作情况与要求进行配置。 在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容：在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容： 运动参量匹配运动参量匹配 传递形式与类型传递形式与类型 功率功率/ /力力/ /力矩匹配力矩匹配 结构强度与刚度结构强度与刚度 转动惯量转动惯量 系统响应特性（静态系统响应特性（静态/ /动态）动态） 传递精度传递精度传递间隙、平稳性、

24、低速震荡（爬行现象）传递间隙、平稳性、低速震荡（爬行现象） 1）重量最轻原则重量最轻原则 小功率传动装置各级传动比（等传动比小功率传动装置各级传动比（等传动比分配，等模数原则）分配，等模数原则） niiii321 大功率传动装置大功率传动装置 各级传动比确定，应各级传动比确定，应遵循遵循“先大后小先大后小”原则，再由经验、类比方原则，再由经验、类比方法和结构设计紧凑等方法确定。（不等传动法和结构设计紧凑等方法确定。（不等传动比分配，不等模数原则）比分配，不等模数原则） 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的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，各级传动比应按精度，各级传动

25、比应按“先小后大先小后大”原则分配，以便降原则分配，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影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为算到末级输出轴上的总转角误差为 ，则：，则： 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； 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。)/(1maxnkknkimaxkkni3）等效转动惯量最小原则等效转动惯量最小原则 各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量各传

26、动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。最小。( (机械传动部分响应特性最佳原则机械传动部分响应特性最佳原则) )。 JJ23i电动机1J4i12J2221421321iiJiJJJJme 归纳起来，归纳起来，减速传动装置传动比的分配原则减速传动装置传动比的分配原则是设计减速器的指导思想和基本方法。在实际是设计减速器的指导思想和基本方法。在实际减速器设计中，应结合减速器的具体要求，认减速器设计中，应结合减速器的具体要求，认真分析、论证方案实现的可行性、经济性、可真分析、论证方案实现的可行性、经济性、可靠性等指标，并对减速器的转动惯量、结构尺靠性等指标，并对减速器的转动惯量、结构尺寸、精度

27、要求等进行合理协调，尽可能达到合寸、精度要求等进行合理协调，尽可能达到合理的匹配，达到减速器具有体积小、重量轻、理的匹配，达到减速器具有体积小、重量轻、运转平稳、启动频繁和动态特性好，传动精度运转平稳、启动频繁和动态特性好，传动精度高、误差最小等基本要求。高、误差最小等基本要求。 齿轮传动间隙的调整目的：齿轮传动间隙的调整目的： 提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正反转误差。提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正反转误差。 常用常用圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法2 1435 如图所示，将相互啮合的一对齿轮如

28、图所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮中的一个齿轮4 4装在电机输出轴上，装在电机输出轴上，并将电机并将电机2 2安装在偏心套安装在偏心套1(1(或偏心轴或偏心轴) )上，通过转动偏心套上，通过转动偏心套( (偏心轴偏心轴) )的转角，的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。补偿。 如图所示，齿轮如图所示，齿轮1和和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向相啮合，其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略有锥度，这样

29、就可以用轴向垫片3使齿轮使齿轮2沿轴向移动，从沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片3的厚度应使得齿的厚度应使得齿轮轮1和和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套(轴轴)调调整法。整法。 这种消除齿侧间隙的方法是这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措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一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消

30、除齿侧间隙，反向时不会以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。出现死区。l谐波齿轮传动是谐波齿轮行星传动的简称。是一种少齿差行星传动。通常由刚性圆柱齿轮G、柔性圆柱齿轮R、波发生器H和柔性轴承等零部件。 l柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和渐开线齿形两种，以后者应用较多 。l谐波齿轮传动既可用做减速器，也可用做增速器。柔轮、刚轮、波发生器三者任何一个均可固定，其余二个一为主动，另一个为从动。l传动比大，且外形轮廓小，零件数目少，传动效率高。效率高达9296，单级传动比可达504000。 l承载能力较高：承载能力较高：柔轮和刚轮之间为面接触多齿啮合，且滑动速度小，齿面摩损均匀。l柔轮和刚轮的齿侧间隙是

31、可调：柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：当柔轮的扭转刚度较高时，可实现无侧隙的高精度啮合。l谐波齿轮传动可用来由密封空间向外部或由外部向密封空间传递运动。l谐波齿轮传动中，刚轮的齿数zG略大于柔轮的齿数zR，其齿数差要根据波发生器转一周柔轮变形时与刚轮同时啮合区域数目来决定。即zG-zR=u。目前多用双波和三波传动。错齿是运动产生的原因ZGZRl波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大：大：当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态。由啮合到脱开的过程之

32、间则处于啮出或。l当波发生器连续转动时：当波发生器连续转动时：迫使柔轮不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。波发生器的旋转方向与柔轮的转动方向相反。l波发生器主动，单级减速，结构简单，传动比范围较大，效率较高，应用极广，i=75500。RGRGHRZZZil波发生器主动，单级减速，结构简单，传动比范围较大，效率较高，可用于中小型 减 速 器 ，i=75500。RGGRHGZZZil柔轮主动，单级微小减速，传动比准确，适用于高精度微调传动装置，i=1.0021.015。RGHRGZZi 在

33、机电一体化系统中在机电一体化系统中 ，除滚珠丝杠副、齿轮传，除滚珠丝杠副、齿轮传动副外，同步齿形带传动、钢带传动、链条传动、动副外，同步齿形带传动、钢带传动、链条传动、钢丝绳钢丝绳/ /尼龙绳传动等。尼龙绳传动等。 特点：特点：结构简单、可实现高速传动、传动功率结构简单、可实现高速传动、传动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方便，但安装精度要求高。维修使用方便，但安装精度要求高。 应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低噪的环境中。噪的环境中。 同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件

34、。同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。同步带传动与类型同步带传动与类型 同步带传动一般是由同步带轮和紧套在同步带传动一般是由同步带轮和紧套在两轮上的同步带组成。同步带内周有等距两轮上的同步带组成。同步带内周有等距的横向齿。的横向齿。 同步带 同步带轮 同步带传动 一、同步带传动的组成与工作原理一、同步带传动的组成与工作原理1.同步带传动的组成同步带传动的组成1主动轮 2从动轮 3传动带2 2同步带传动的工作原理同步带传动的工作原理 同步带传动是一种啮合传动，依靠带内周的等距横向同步带传动是一种啮合传动，依靠带内周的等距横向齿与带轮相应齿槽之间的啮合来传递运动和动力的，两者齿与带轮

35、相应齿槽之间的啮合来传递运动和动力的，两者无相对滑动，从而使圆周速度同步（故称为同步带传动）。无相对滑动，从而使圆周速度同步（故称为同步带传动）。它兼有带传动和齿轮传动的特点。它兼有带传动和齿轮传动的特点。同步带传动的特点同步带传动的特点补充：传动效率高（达补充：传动效率高（达0.980.98），传动比），传动比较大（较大（12122020），允许带速高（可至），允许带速高（可至50m/s50m/s）二、同步带的类型二、同步带的类型a）单面同步带b）双面同步带带轮节圆直径d 带轮实际外圆直径d0节距P 节线长LP带轮齿数Z*节距是同步带传动最基本的参数。节距是同步带传动最基本的参数。 三、同步

36、带的参数 同步带轮的齿形一般采用渐开线，并用与齿轮加工相同步带轮的齿形一般采用渐开线，并用与齿轮加工相似的方法加工。为了防止同步带从带轮上脱落，带轮似的方法加工。为了防止同步带从带轮上脱落，带轮侧边应装挡圈。侧边应装挡圈。四、同步带传动应用举例四、同步带传动应用举例 同步带传动主要用于要求传动比准确的中、小功率同步带传动主要用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如计算机、录像机、数控机床、汽车等。传动中，如计算机、录像机、数控机床、汽车等。 1.1.在轻工机械设备上的应用在轻工机械设备上的应用纺织机2 .在精密机械设备上的应用在精密机械设备上的应用有线文字传真机有线文字传真机人字齿同步带3.在

37、具有特殊要求的机械中的应用在具有特殊要求的机械中的应用 同步带传动在汽车上的应用 l工作原理：l CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮是由两个锥型盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。l 1.它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，动它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，动力传输平滑而顺畅，没有传统自

38、动变速器换档的顿挫感，力传输平滑而顺畅，没有传统自动变速器换档的顿挫感，也消除了手动变速器频繁换档的烦琐。也消除了手动变速器频繁换档的烦琐。CVT主要靠主、从主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。动轮和金属带来实现速比的无级变化。l l 2. CVT和普通自动变速器的最大区别是：它省去了复杂而和普通自动变速器的最大区别是：它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速。由于速。由于CVT可以实现传动比的连续改变，从而得

39、到传动可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，大大提高了整车的燃油经济系与发动机工况的最佳匹配，大大提高了整车的燃油经济性，改善了驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性。性，改善了驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性。l3. CVT最大的特点是省油，最大的特点是省油，CVT摒弃了摒弃了传统自动变速器浪费能源的液力传动装传统自动变速器浪费能源的液力传动装置，而采用了新技术来提高燃料使用率。置，而采用了新技术来提高燃料使用率。CVT的燃料使用率比手动变速器和自动的燃料使用率比手动变速器和自动变速器都高，能够比传统的自动档车省变速器都高，能够比传统的自动档车省油油10到到15

40、导轨支承部件的作用导轨支承部件的作用：支承和限制运动部件支承和限制运动部件按给定运动规律要求和规定运动方向作直线或按给定运动规律要求和规定运动方向作直线或回转运动。回转运动。 组成：主要由组成：主要由定导轨、动导轨、辅助导轨、定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件以及工作介质间隙调整元件以及工作介质/ /元件元件等组成。等组成。（1）导轨副的种类）导轨副的种类 按运动方式可分为：直线运动导轨、回转运按运动方式可分为：直线运动导轨、回转运动导轨。动导轨。 按接触表面的摩擦性质可分为：滑动导轨、按接触表面的摩擦性质可分为：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。柔性铰

41、链型膜片型片簧型弹性摩擦导轨动静压型静压型动压型气体、液体导轨流体介质摩擦导轨滚动轴承型滚动滑块型滚珠型滚柱型滚动导轨组合型棱柱型圆柱型滑动导轨导轨副 导轨副的结构形式是导轨副的结构形式是多种多样的，依据不同多种多样的，依据不同的要求可设计或选用不的要求可设计或选用不同形式的导轨副。常见同形式的导轨副。常见导轨副的结构形式如下。导轨副的结构形式如下。 基本要求基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好，热温变形小以及结构工便平稳、耐磨性好，热温变形小以及结构工艺性好等。艺性好等。 在高精度导轨副中，可采用卸荷装置等方在高精度导轨副中，可采用卸荷装置等方法减小

42、导轨面的承载载荷，提高导向精度。法减小导轨面的承载载荷，提高导向精度。 导向精度（要求）：导向精度（要求）：指动导轨沿给定方向指动导轨沿给定方向作直线运动时应保证的准确程度，主要是指作直线运动时应保证的准确程度，主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。 导轨结构类型。导轨结构类型。 导向精度（直线度）和接触精度（平面导向精度（直线度）和接触精度（平面度和接触面积）。度和接触面积）。 导轨运动配合精度（间隙）。导轨运动配合精度（间隙）。 油膜厚度和油膜刚度。油膜厚度和油膜刚度。 导轨和机架的结构刚度和接触刚度。导轨和机架的结构刚度和接触刚度。 导轨和机架的

43、热变形（热敏感性）。导轨和机架的热变形（热敏感性）。 装配质量以及液体动压和静压导轨的油装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。膜厚度、油膜刚度等。 导轨的刚度（要求）导轨的刚度（要求）：导轨抵抗外载荷的导轨抵抗外载荷的能力，从而不影响导向部件的导向精度（运能力，从而不影响导向部件的导向精度（运动精度）。动精度）。通常分为：静刚度通常分为：静刚度 抵抗恒定载荷的能力。抵抗恒定载荷的能力。 动刚度动刚度 抵抗交变载荷的能力。抵抗交变载荷的能力。 每一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、每一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、局部刚度。局部刚度。 在一般情况下，为减轻或平衡外力的影响，在

44、一般情况下，为减轻或平衡外力的影响，可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法提高刚度。提高刚度。精度保持性要求：精度保持性要求：指导轨副表面的耐磨性指导轨副表面的耐磨性（耐磨能力）应达到导轨面的使用寿命要求。（耐磨能力）应达到导轨面的使用寿命要求。 主要包括：主要包括：初期耐磨性初期耐磨性和和耐磨精度保持性耐磨精度保持性两部分，以及两部分，以及耐磨精度失效特性耐磨精度失效特性。 初期耐磨性初期耐磨性摩擦副初期磨损阶段特性。摩擦副初期磨损阶段特性。 耐磨精度保持性耐磨精度保持性摩擦副正常磨损阶段摩擦副正常磨损阶段特性。特性。 耐磨精度失效特性耐磨精度失效特性摩

45、擦副剧烈磨损阶摩擦副剧烈磨损阶段特性。段特性。主要包括：主要包括：灵活性灵活性和和低速运动平稳性。低速运动平稳性。 灵活性灵活性 指对系统控制指令的反映能力。指对系统控制指令的反映能力。 低速运动平稳性低速运动平稳性 指平稳匀速运动时运动部件指平稳匀速运动时运动部件的波动误差（低速的波动误差（低速“爬行现象爬行现象”）。）。5）温度敏感性和结构工艺性要求）温度敏感性和结构工艺性要求 温度敏感性温度敏感性 指导轨在环境温度和导轨运动摩指导轨在环境温度和导轨运动摩擦发热的影响下，导轨运动灵活性、平稳性、导向精擦发热的影响下，导轨运动灵活性、平稳性、导向精度产生变化的反映程度。度产生变化的反映程度。

46、 工艺性要求工艺性要求 结构简单、制造容易、装配调整、结构简单、制造容易、装配调整、维修维护、检测方便，生产成本低。维修维护、检测方便，生产成本低。 注意：以上这些导轨运动副应达到的要求仅是导轨注意：以上这些导轨运动副应达到的要求仅是导轨设计中最基本的要求，在导轨设计中，还应依据导轨设计中最基本的要求，在导轨设计中，还应依据导轨应用的实际情况，采取相应的措施，尽可能的满足。应用的实际情况，采取相应的措施，尽可能的满足。 1）依据导轨副使用的工作条件，选择合理依据导轨副使用的工作条件，选择合理的结构形式。的结构形式。2）选择导轨副的截面形状，保证导轨的导选择导轨副的截面形状，保证导轨的导向精度。

47、向精度。 3）依据导轨的载荷和工作温度范围，选择依据导轨的载荷和工作温度范围，选择导轨的具体结构及尺寸参数，保证具有足导轨的具体结构及尺寸参数，保证具有足够的刚度、良好的耐磨性、运动灵活性、够的刚度、良好的耐磨性、运动灵活性、平稳性。平稳性。 4）具有合理的误差自动补偿或调整装置，具有合理的误差自动补偿或调整装置，在导轨长期使用后（超过导轨规定的平均在导轨长期使用后（超过导轨规定的平均无故障工作时间无故障工作时间MTBFMTBF可靠性指标），可靠性指标），通过调整进一步的保持导轨的导向精度。通过调整进一步的保持导轨的导向精度。 5）选用合理的耐磨材料、润滑方法以及防选用合理的耐磨材料、润滑方法

48、以及防护装置，使导轨尽可能的处于良好工作状护装置，使导轨尽可能的处于良好工作状态，减少导轨副的磨损。态，减少导轨副的磨损。 6）制定必要的技术条件（关重件的制造工制定必要的技术条件（关重件的制造工艺规范、装配调整技术条件、检测验收技艺规范、装配调整技术条件、检测验收技术条件、使用维护操作规范、维修维护工术条件、使用维护操作规范、维修维护工艺流程与规范等）。艺流程与规范等）。（1）滑动导轨副的截面形状和特点滑动导轨副的截面形状和特点 常见滑动导轨副的截面形状常见滑动导轨副的截面形状 abab对称三角形非对称三角形矩 形燕尾形圆 形凸形形凹 分分对称型对称型和和非对称型非对称型三角形导轨。三角形导

49、轨。 特点：特点：在垂直载荷作用下，具有磨损量自动在垂直载荷作用下，具有磨损量自动补偿功能，无间隙工作，导向精度高。为防止补偿功能，无间隙工作，导向精度高。为防止因振动或倾翻载荷引起两导向面较长时间脱离因振动或倾翻载荷引起两导向面较长时间脱离接触，应有辅助导向面并具备间隙调整能力。接触，应有辅助导向面并具备间隙调整能力。但存在导轨水平与垂直误差的相互影响，为保但存在导轨水平与垂直误差的相互影响，为保证高的导向精度（直线度），导轨面加工、检证高的导向精度（直线度），导轨面加工、检验、维修困难。验、维修困难。 对称型导轨对称型导轨 随顶角增大，导轨承载能随顶角增大，导轨承载能力增大，但导向精度降低

50、。力增大，但导向精度降低。 非对称导轨非对称导轨 主要用在载荷不对称的时主要用在载荷不对称的时候，通过调整不对称角度，使导轨左右面水平候，通过调整不对称角度，使导轨左右面水平分力相互抵消，提高导轨刚度。分力相互抵消，提高导轨刚度。 特点：特点：结构简单，制造、检验、维修方便，导轨结构简单，制造、检验、维修方便，导轨面宽、承载能力大，刚度高，但无磨损量自动补偿面宽、承载能力大，刚度高，但无磨损量自动补偿功能。由于导轨在水平和垂直面位置互不影响，因功能。由于导轨在水平和垂直面位置互不影响，因而在水平和垂直两方向均须间隙调整装置，安装调而在水平和垂直两方向均须间隙调整装置，安装调整方便。整方便。 特

51、点：特点：无磨损量自动补偿功能，须间隙调整装置，无磨损量自动补偿功能，须间隙调整装置，燕尾起压板作用，镶条可调整水平垂直两方向的间燕尾起压板作用，镶条可调整水平垂直两方向的间隙，可承受颠覆载荷，结构紧凑，但刚度差，摩擦隙，可承受颠覆载荷，结构紧凑，但刚度差，摩擦阻力大、制造、检验、维修不方便阻力大、制造、检验、维修不方便。 特点：特点：结构简单，制造、检验、配合方便，精度结构简单，制造、检验、配合方便，精度易于保证，但摩擦后很难调整，结构刚度较差。易于保证，但摩擦后很难调整，结构刚度较差。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：特点：两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直两导轨磨损均匀，能自动补偿垂

52、直和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。主要用于高精机床。主要用于高精机床。 压 板三 角 形 导 轨V 形 导 轨1）双三角形组合导轨组合双三角形组合导轨组合 特点：特点：承载面与导向面分离，制造调整承载面与导向面分离，制造调整简单、导向面间隙用调整镶条保证，接触简单、导向面间隙用调整镶条保证，接触刚度较抵。闭式结构时，有辅助导向面，刚度较抵。闭式结构时，有辅助导向面，间隙由调整压板保证。在导轨副同样热变间隙由调整压板保证。在导轨副同样热变形条件下，形条件下，L1L1越大，导向间

53、隙要求越大。越大，导向间隙要求越大。 L1L1L13 辅 助 导 向 面2 导 向 面2133211 承 载 面 特点：特点：兼有三角形导轨导向精度好、矩形兼有三角形导轨导向精度好、矩形导轨制造方便、刚性好的优点，可避免热变导轨制造方便、刚性好的优点，可避免热变形产生的配合间隙变化；但是，存在两导轨形产生的配合间隙变化；但是，存在两导轨导向平面磨损不均并使导轨产生位置变化；导向平面磨损不均并使导轨产生位置变化；另外，两导轨的摩擦阻力不同，因而布置驱另外，两导轨的摩擦阻力不同，因而布置驱动力时，驱动力应与两摩擦阻力的和力同向动力时，驱动力应与两摩擦阻力的和力同向为宜。当采用闭式压板结构时，可承受

54、颠覆为宜。当采用闭式压板结构时，可承受颠覆力矩力矩。 特点：特点：整体式燕尾导轨导向精度高，调整体式燕尾导轨导向精度高，调整方便，承载能力强，制造困难；装配式整方便，承载能力强，制造困难；装配式导轨，制造调整方便，承载能力与整体式导轨，制造调整方便，承载能力与整体式燕尾导轨相比较弱；燕尾导轨与矩形导轨燕尾导轨相比较弱；燕尾导轨与矩形导轨相比，兼有调整方便，承载能力较强等。相比，兼有调整方便，承载能力较强等。 导轨副材料选择的基本要求：导轨副材料选择的基本要求： 导轨副材料应具有高的耐磨性、减振性、热导轨副材料应具有高的耐磨性、减振性、热稳定性以及易于生产制造。稳定性以及易于生产制造。 导轨副材料选用与组合：导轨副材料选用与组合： 常用铸铁、钢、有色金属、塑料。常用铸铁、钢、有色金属、塑料。 通常为软通常为软硬材料组合。如：铸铁硬材料组合。如：铸铁铸铁、铸铁、铸铁铸铁钢导轨、有色金属钢导轨、有色金属钢导轨、塑料钢导轨、塑料钢钢导轨等。导轨等。 1）铸铁的特点）铸铁的特点 2）钢的特点）钢的特点 3）有色金属的特点）有色金属的特点 4）塑料的