chap3机械系统部件的选择与设计01

1、3.1.3.1.机械系统部件的设计要求机械系统部件的设计要求3.2.3.2.机械传动部件的选择与设计机械传动部件的选择与设计3.3.3.3.导向支承部件的选择与设计导向支承部件的选择与设计3.4.3.4.旋转支承的选择与设计旋转支承的选择与设计3.5.3.5.轴系部件的选择与设计轴系部件的选择与设计3.6.3.6.联轴器选择联轴器选择3.7.3.7.机电一体化系统机电一体化系统(产品产品)的机座或机架的机座或机架3.8.3.8.机电一体化系统机电一体化系统传动系统设计实例传动系统设计实例第三章第三章 机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计3.1.3.1.机械系统部件的设计要求机械系统

2、部件的设计要求第三章第三章 机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计 机电一体化系统对机械系统要求：机电一体化系统对机械系统要求：较高的定位精度较高的定位精度，良好的动态响应特性良好的动态响应特性( (响应要快、稳定性要好响应要快、稳定性要好) )。 典型机电一体化系统通常包括：控制部件、接口电典型机电一体化系统通常包括：控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件和检测传感部件等。件和检测传感部件等。机械系统的组成机械系统的组成减速装置传动部件轴系机架支承部件减速装置传动部件轴系机架支承部件减速装置传动部件

3、轴系机架支承部件减速装置传动部件轴系机架或箱体支承部件减速装置传动部件轴系机架支承部件丝杠螺母副蜗轮蜗杆副线性传动部件带轮链轮等非线性传动部件连杆机构凸轮机构等丝杠螺母副蜗轮蜗杆副线性传动部件带轮链轮等连杆机构非线性传动部件凸轮机构等导向支承部件（导轨）旋转支承部件4(1)(1)采用低摩擦阻力采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；的传动部件和导向支承部件；(2)(2)缩短传动链缩短传动链，提高传动与支承刚度；，提高传动与支承刚度；(3)(3)选用最佳传动比选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减小等，以达到提高系统分辨率、减小等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加效到执行元件输出

4、轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。速能力。(4)(4)缩小反向死区误差缩小反向死区误差。(5)(5)改进支承及架体的结构设计以提高刚性改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、减少振动、降低噪声。降低噪声。 对机械系统要求：对机械系统要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比高谐振频率、适当的阻尼比等。等。采取以下措施：采取以下措施：53.2.1.3.2.1.机械传动部件及其功能要求机械传动部件及其功能要求 机械传动部件机械传动部件主要功能：传递转矩和转速。主要功能：传递转矩和转速。 机械传动部件是机械传动部件是（转矩、转速）变换器

5、，（转矩、转速）变换器，使执行元使执行元件与负载在件与负载在转矩与转速转矩与转速得到最佳匹配得到最佳匹配。 机械传动部件的机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚度和传动类型、传动方式、传动刚度和传动可靠性传动可靠性对系统的对系统的精度、稳定性和快速响应性精度、稳定性和快速响应性有影响。有影响。 设计和选择设计和选择传动间隙小、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、传递转矩大运动平稳、传递转矩大的传动部件。的传动部件。3.2.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机械械传传动动（棉绳索、麻绳索、涤纶绳索、钢丝绳索）（棉绳索、麻绳索、涤纶绳索、钢丝绳索

6、）（V V带传动、平带传动、同步带传动、多楔带传动）带传动、平带传动、同步带传动、多楔带传动）带传动带传动绳传动绳传动（定传动比和变传动比摩擦轮、（定传动比和变传动比摩擦轮、 定传动比摩擦轮又分圆柱平、定传动比摩擦轮又分圆柱平、 圆柱槽和圆锥摩擦轮）圆柱槽和圆锥摩擦轮）摩擦轮传动摩擦轮传动齿轮传动齿轮传动 （短节距滚子链、双节距滚子链、（短节距滚子链、双节距滚子链、链传动链传动 套筒链、重载传动用弯板滚子链、套筒链、重载传动用弯板滚子链、 齿形链、销合链、无级变速链）齿形链、销合链、无级变速链）螺旋传动螺旋传动 （滑动螺旋传动、滚动螺旋传动）（滑动螺旋传动、滚动螺旋传动）谐波传动谐波传动 （波

7、发生器（波发生器+ +柔轮柔轮+ +刚轮）刚轮）多点啮合柔性传动多点啮合柔性传动摩摩擦擦传传动动啮啮合合传传动动（直齿（直齿、斜齿斜齿、人字齿人字齿、曲线齿）曲线齿） 内啮合齿轮机构内啮合齿轮机构外啮合齿轮机构外啮合齿轮机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮机构机构斜齿轮斜齿轮直齿轮直齿轮斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮机构机构人字齿轮人字齿轮机构机构交错轴斜齿轮机构交错轴斜齿轮机构直齿锥齿轮直齿锥齿轮曲线齿锥齿轮曲线齿锥齿轮 传动比准确、传动平稳传动比准确、传动平稳 圆周速度范围大（高达圆周速度范围大（高达300 m/s300 m/s） 传动功率范围大（几瓦传动功率范围大（几瓦1010

8、万千瓦）万千瓦） 可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。缺点：制造和安装精度高，加工成本高、不宜远缺点：制造和安装精度高，加工成本高、不宜远距离传动距离传动3.2.1.2.蜗轮蜗杆传动机构蜗轮蜗杆传动机构蜗轮蜗杆传动特点：蜗轮蜗杆传动特点：(1)(1)速比大速比大 (2)(2)传动平稳传动平稳(3)(3)有自锁作用有自锁作用 (4)(4)效率低效率低 蜗轮蜗杆传动速比蜗轮蜗杆传动速比 i = n1 / n2 = z2 / z1圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动 链传动是由两个具有特链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条

9、挠性的殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的。依靠闭合链条所组成的。依靠链链和链轮轮齿的啮合和链轮轮齿的啮合而传动，而传动，无弹性滑动与打滑现象无弹性滑动与打滑现象 。3.2.1.3.链传动机构链传动机构链传动特点：链传动特点：1)1)瞬时传动比不恒定，但瞬时传动比不恒定，但能保能保证准确的平均速比。证准确的平均速比。2) 2) 可以在两轴中心相距较远的可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。情况下传递运动和动力。3)3)传动效率高、链轮轴径向压传动效率高、链轮轴径向压力较小、结构较紧凑、安装精度力较小、结构较紧凑、安装精度要求低；要求低；4 4）铰链易磨损，使链条的节距）铰链易磨损，

10、使链条的节距变大，造成脱链现象。变大，造成脱链现象。 链传动链传动适宜平行轴同向回适宜平行轴同向回转传动，不宜在载荷变化大场合转传动，不宜在载荷变化大场合使用使用。3.2.1.4.带传动机构带传动机构 带传动是带传动是用挠性传动用挠性传动带做中间体而靠摩擦力工带做中间体而靠摩擦力工作作的一种传动。带传动的的一种传动。带传动的速比计算公式为：速比计算公式为： i n1/n2 D2/D1带传动的特点：带传动的特点：1) 1) 可用于两轴距离较远的传动；可用于两轴距离较远的传动；2) 2) 带本身具有弹性，可以缓和冲带本身具有弹性，可以缓和冲击和振动，传动平稳，无噪声；击和振动，传动平稳，无噪声；3

11、) 3) 当机器过载时，带在轮上打滑；当机器过载时，带在轮上打滑；4) 4) 结构简单，成本低，安装维护结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后易更换；方便，带损坏后易更换；5) 5) 结构不够紧凑；结构不够紧凑；6) 6) 不能保证准确的传动速比；不能保证准确的传动速比；7) 7) 需要施加张紧力，轴及轴承受需要施加张紧力，轴及轴承受到的不平衡径向力较大；到的不平衡径向力较大；8) 8) 带的寿命较短；带的寿命较短；16机器人关节 同步带传动 、 双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构、 双曲柄机构双曲柄机构特征特征：作用作用：整周回转运动整周回转运动往复摆动往复摆动 特征特征: :

12、作用作用：机车车轮联动机构机车车轮联动机构AB = CDBC = AD摄影平台升降机摄影平台升降机构构天平机构天平机构特征特征：特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向机构汽车转向机构 2.平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点 1.优点优点:n杆状构件杆状构件,可以传递较远距离的动作可以传递较远距离的动作n低副低副,可以承受很大的载荷可以承受很大的载荷n曲线形式的多样性曲线形式的多样性n运动形式的多样性运动形式的多样性 2.缺点缺点:n产生惯性力产生惯性力;n设计较困难设计较困难凸轮机构的适用场合凸轮机构的适用场合广泛用于各种机械，特别是广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装

13、配自动机械、自动控制装置和装配生产线。生产线。 凸轮机构的优点凸轮机构的优点 结构简单、紧凑、工作可靠，结构简单、紧凑、工作可靠，可以使从动件准确实现各种预期可以使从动件准确实现各种预期的运动规律，还易于实现多个运的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。动的相互协调配合。 凸轮机构的缺点凸轮机构的缺点 凸轮轮廓与从动件之间是高凸轮轮廓与从动件之间是高副接触，易于磨损。副接触，易于磨损。内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构自动机床进刀凸轮机构自动机床进刀凸轮机构 凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮、从动件和机架。凸轮、从动件和机架。 3.2.1.6凸轮机构凸轮机构24动力源被驱动装置接头接头

14、 软抽传动机构用于两个传动机件的轴线不在同软抽传动机构用于两个传动机件的轴线不在同一直线上，或彼此要求有相对运动的传动一直线上，或彼此要求有相对运动的传动; 可以弯曲地绕过各种障碍件，远距离传递回转可以弯曲地绕过各种障碍件，远距离传递回转运动运动; 适合于受连续冲击的场合，也适用于高速、小适合于受连续冲击的场合，也适用于高速、小转矩的场合转矩的场合.摩擦传动机构摩擦传动机构利用接触面间的摩擦力传递运动和动力。利用接触面间的摩擦力传递运动和动力。圆柱平摩擦传动机构圆柱平摩擦传动机构圆柱槽摩擦传动机构圆柱槽摩擦传动机构圆锥摩擦轮机构圆锥摩擦轮机构滚轮圆盘式摩擦传动机构滚轮圆盘式摩擦传动机构26 一

15、种传动机构可满足一项或同时满足几项功能要求一种传动机构可满足一项或同时满足几项功能要求。27机电一体化技术的发展对传动机构提出三方面要求：机电一体化技术的发展对传动机构提出三方面要求： (1)(1)精密化精密化：对某种机电系统：对某种机电系统( (产品产品) )，提出适当的，提出适当的精密度要求；精密度要求； (2)(2)高速化高速化：产品工作效率的高低，直接与机械传：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；动部件的运动速度相关； (3)(3)小型、轻量化小型、轻量化：随着机电系统：随着机电系统( (产品产品) )精密化、精密化、高速化发展，要求传动机构的小型、轻量化，以提高运高速化发展，要求传动机构的小