机电一体化系统机械子系统设计

第三章机电一体化机械系统设计机电一体化系统设计法国人在1770年发明自行车，木质的，脚蹬地方可前进。机械系统1817年，卡尔·德莱斯给自行车多装了个方向控制器。机械系统1.增加了导向装置

1842年，索马斯·麦克米伦为自行车装上曲棍。机械系统2.增添了变速装置

机械系统1869年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。3.进行了材质及零部件的改进

机械系统1874年英国人劳森在自行车上别出心裁地装上链条和链轮

4.增加了传动装置

机械系统近代为了操作者的安全和舒适自行车结构进行了变革5.结构形式的改变

机械系统6.传动装置与结构的改进

机电一体化中的机械系统全电控制自行车、液压传动自行车7.动力的改进

机电一体化中的机械系统机电一体化中的机械系统美军B-2隐身轰炸机机电一体化中的机械系统B-26轰炸机传统的车削到数控车削机电一体化中的机械系统柔性制造单元——FMC机电一体化中的机械系统并联机床机电一体化中的机械系统快速原型机RPM及其产品机电一体化中的机械系统未来机床机电一体化中的机械系统工业机器人机电一体化中的机械系统智能机器人机电一体化中的机械系统

机械系统包括系统的框架和支承结构、机械连接和传动系统，本章重点介绍传动系统的特点和设计方法。机电一体化中的机械系统

对传动系统的要求：

静特性：传动精度

动特性：稳定性、快速性、可靠性机电一体化中的机械系统机电系统的控制模型机电一体化中的机械系统执行机构传动机构轴系导向机构机座机械系统的构成做操机器人1、传动机构

机电一体化机械系统中，传动机构影响系统的精度、稳定性和快速性。传动机构机械传动机构的功能功能：传递运动(速度、位移)和动力(力、力矩)增速或减速；变速；改变运动规律或形式动力机的动力传递给执行机的驱动力(力矩）1、传动机构2、导向机构

支撑和限制运动部件按给定的运动要求和给定的运动方向运动，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。导向机构3、执行机构

执行机构根据操作指令的要求，在动力源的带动下完成预定的操作，一般要求具有较高的灵敏度、精确度、良好的重复性和可靠性等。执行机构涂层刀具4、轴系

轴系由轴、轴承及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成。轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力。5、机座或机架

支撑其他零部件的基础部件，它既能承受其他零部件的重量和工作载荷，又起保证各零部件相对位置的基准作用。机电系统机械设计技术

机械设计技术机械传动装置设计机械结构设计滚珠丝杠传动无侧隙齿轮传动谐波齿轮传动同步齿形带传动膜片弹性联轴器导轨设计支承装置主轴组件设计机械系统设计的要求1.高精度机械系统设计的要求2.良好的稳定性抗振动调心滚子轴承齿轮打印机主轴机械系统设计的要求3.快速响应性质量检验流水线装配快速响应机械参数对性能的影响1.负载的变化负载工作负载（外力）惯性负载摩擦负载……匹配执行机构负载变化机械参数对性能的影响2.传动系统的惯性惯性驱动部件传动部件执行机构惯性对系统的影响：传动系统的起停特性控制的快速响应性位移偏差速度偏差机械参数对性能的影响3.传动系统的固有频率式中：k——系统刚度，N/m；m——系统质量，kg。机械参数对性能的影响4.传动系统中的摩擦与润滑影响摩擦力传动精度运动平稳性影响摩擦力导轨材料导轨形状润滑条件环境温度机械参数对性能的影响5.传动系统中的间隙影响零件传动间隙传动精度运动平稳性间隙类型：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什么是失动量？传动死区也称为失动量。斜齿轮传动机电一体化系统中常用的传动机构技术发展水平的限制，机电一体化各种元器件还不能完全满足需要。导致机械传动链还不能完全取消

为了提高机电一体化系统的传动精度和系统稳定性，要尽可能的减少甚至取消机械传动链，能做到吗？怎么做到！机电一体化系统中常用的传动机构机械传动机构螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动各种非线性传动对机械传动机构的要求：传动间隙小、精度高低摩擦、体积小、重量轻运动平稳、响应速度快传递扭矩大、高谐振频率机电一体化系统中常用的传动机构机械传动机构：丝杠螺母齿轮齿轮齿条链轮链条带、带轮缆绳、绳轮杠杆机构连杆机构凸轮机构摩擦轮万向节软轴蜗轮蜗杆间歇机构机电一体化系统中常用的传动机构丝杠螺母滚珠丝杠滑动丝杠丝杠测试机电一体化系统中常用的传动机构齿轮直齿轮斜齿轮齿轮传动机电一体化系统中常用的传动机构齿轮齿条

具有齿轮传动的特点，可以实现较大的直线位移，负载能力大，广泛应用于大型机床工作台的移动驱动。机电一体化系统中常用的传动机构蜗轮蜗杆滚齿

其特点是传动比大、输出轴与输入轴垂直、结构紧凑、可反向自锁，传动效率低。蜗杆传动机电一体化系统中常用的传动机构锥齿轮斜齿锥齿轮

传递空间两相交轴的运动和动力，传动平稳、承载能力强，适合高速、重载，通常取大端参数为标准值，精度比圆柱齿轮差。锥齿轮锥齿摆杆机电一体化系统中常用的传动机构渐开线行星齿轮摆线针轮行星齿轮谐波齿轮

传动比范围宽、结构紧凑、效率高、传动精度高、适合于各种传动，特别是与电机构成伺服机组。行星齿轮机电一体化系统中常用的传动机构链轮链条机电一体化系统中常用的传动机构带、带轮机电一体化系统中常用的传动机构缆绳、绳轮可以实现较大的直线位移、重量轻、噪声小、驱动力大等特点。可能产生打滑，传递运动不精确。应用于大型天车、升降机构等的移动驱动。太空电梯

天车机电一体化系统中常用的传动机构杠杆机构机电一体化系统中常用的传动机构连杆机构配气连杆机构机电一体化系统中常用的传动机构连杆机构中国援助日本62米泵车三一重工

机电一体化系统中常用的传动机构平面四杆机构机电一体化系统中常用的传动机构双曲柄机构机电一体化系统中常用的传动机构双曲柄机构机电一体化系统中常用的传动机构双摇杆机构机电一体化系统中常用的传动机构转动副变成移动副机电一体化系统中常用的传动机构取不同的构件为机架机电一体化系统中常用的传动机构凸轮机构链条转动的双顶置凸轮轴

凸轮机构机电一体化系统中常用的传动机构摩擦轮机电一体化系统中常用的传动机构万向节万向节联轴器万向节机电一体化系统中常用的传动机构万向节十字轴式刚性万向节1、结构：轴承盖万向节叉滚针轴承安全阀十字轴机电一体化系统中常用的传动机构万向节变速器与驱动桥之间变速器与分动器之间驱动桥的半轴断开式驱动桥的半轴转向轴机电一体化系统中常用的传动机构软轴行驶操纵推拉软轴

仪器仪表用软轴

机电一体化系统中常用的传动机构间歇机构精密间歇穿动机间歇机构1槽轮机构机械传动系统的特性1、转动惯量

它是系统的机械负载，要产生功耗，影响系统的响应速度、灵敏度、固有频率和阻尼特性。它取决于质量的大小和质量分布。转动惯量大的影响(1)机械负载增加，功率消耗大；(2)响应速度变慢，灵敏度降低；(3)固有频率下降，容易产生谐振；(4)电气驱动部件的谐振频率降低，阻尼增大等。转动惯量机械传动系统的特性1、转动惯量等效转动惯量将传动系统各个运动部件的转动惯量折算到特定轴（一般是伺服电机轴）上，然后将这些折算的转动惯量包括特定轴自身的转动惯量求和，获得整个传动系统对特定轴的等效转动惯量。机械传动系统的特性1、转动惯量圆柱体的转动惯量：

齿轮、联轴器、丝杠和轴等接近于圆柱体的零件都可以用上式计算或估算其转动惯量。

转动惯量大对系统造成不良影响，使机械负载变大，系统响应速度降低，灵敏度下降。积分计算机械传动系统的特性1、转动惯量齿轮折算到电机轴上的转动惯量：齿轮1：机械传动系统的特性1、转动惯量齿轮折算到电机轴上的转动惯量：齿轮2：动能守恒机械传动系统的特性1、转动惯量齿轮折算到电机轴上的转动惯量：齿轮3：机械传动系统的特性1、转动惯量齿轮折算到电机轴上的转动惯量：齿轮4：机械传动系统的特性1、转动惯量丝杠折算到电机轴上的转动惯量：机械传动系统的特性1、转动惯量直线移动工作台折算到丝杠上的转动惯量：υ:ω=S:2π机械传动系统的特性1、转动惯量直线移动工作台折算到电机轴上的转动惯量：丝杠折算到电机轴上工作台折算到丝杠上机械传动系统的特性1、转动惯量

齿轮齿条传动时折算到小齿轮轴上的转动惯量：υ=ωR机械传动系统的特性1、转动惯量

工作台折算到带传动驱动轴上的转动惯量：υ=ωRmωυR已知：电机轴的转动惯量为JM，工作台及其刀架的质量m，滚珠丝杠的转动惯量为JS,导程为L,齿轮1的转动惯量为J1,齿数为Z1;齿轮2的转动惯量为J2,齿数为Z2;齿轮3的转动惯量为J3,齿数为Z3;齿轮4的转动惯量为J4,齿数为Z4;。试求负载折算到电机轴上总等效惯量Je及电机轴上总的转动惯量.解：根据能量守恒定律

阻尼是由于机械系统的传动件之间的摩擦力而产生的，机械传动系统可视为带有阻尼的质量—弹簧系统。

阻尼对机械系统的动态特性的影响

系统的静摩擦阻尼越大，系统的回程误差增大，定位精度降低；系统的黏性阻尼摩擦越大，系统的稳态误差就越大，精度就降低；系统的黏性阻尼摩擦会减慢系统的响应速度；如果机械系统刚度低而质量大，则系统的固有频率低，于是应增大系统的黏性摩擦阻尼，以减小振幅和衰减振动。机械传动系统的特性2、阻尼

系统产生振动时，黏性阻尼系数c

越大，振幅越小，衰减越快，但稳态误差增大，精度降低。过阻尼系统，响应速度慢临界阻尼系统欠阻尼系统，响应快，振荡衰减慢一般取机械传动系统的特性2、阻尼阻尼比：m—系统质量K—系统刚度机械传动系统的特性2、阻尼机械传动系统的特性2、阻尼临界阻尼：许多大楼内房间或卫生间的门上在装备自动关门的扭转弹簧的同时，都相应地装有阻尼铰链，使得门的阻尼接近临界阻尼，这样人们关门或门被风吹动时就不会造成太大的声响。过阻尼：当自动门上安装的阻尼铰链使门的阻尼达到过阻尼时，自动关门需要更长的时间。机械传动系统的特性2、阻尼粘性阻尼系数的折算计算所有传动部件的粘性阻尼系数折算到电机轴上的总等效粘性阻尼系数c′：机械传动系统的特性2、阻尼计算所有传动部件折算到电机轴上的粘性阻尼系数机械传动系统的特性3、刚度

刚度是指弹性体抵抗变形的能力，或产生单位弹性变形量所需要的作用力。系统刚度弹性变形变小失动量系统刚度固有频率增高避免共振系统刚度系统稳定性压杆（a）微小的侧向干扰力（b）干扰力解除后恢复（c）大于等于压力的极限值Fcr，不能恢复原有的直线形状或失稳拉杆当受拉杆件的应力达到屈服极限或强度极限时，将引起塑性变形或断裂。拉压刚度的计算丝杠螺母机构的拉压刚度是由丝杠机构的拉压刚度KL，丝杠螺母副的接触刚度KN，及丝杠轴承的支承KB三部分组成。

式中：KB

－丝杠轴承的支撑刚度，K’B与丝杠的轴向支承形式有关，一端轴向支承取K’B

=KB

，两端轴向支承取K’B

=2KB。

KN丝杠螺母的轴向接触刚度，与丝杠螺母副的尺寸和结构有关，丝杠螺母的预紧可提高轴向接触刚度。KB和KN均可从产品样本中查得。拉压刚度的计算丝杠螺母机构的总拉压刚度K0：式中：d－丝杠的中径，m

E－材料的拉压弹性模量，N/m2l－受力点到支撑端的距离，m拉压刚度的计算（1）一端轴向支撑的丝杠，其拉压刚度为：式中：d－丝杠的中径，m

E－材料的拉压弹性模量，N/m2L－丝杠的全部工作长度，m拉压刚度的计算当工作台位于距离支撑端最远位置时（受力点到支撑端的距离最大），丝杠的全部工作长度L都受力，则刚度最小：式中：d－丝杠的中径，m

E－材料的拉压弹性模量，N/m2l－受力点到支撑端的距离，mL－丝杠的全部工作长度，m拉压刚度的计算（2）两端轴向支撑的丝杠，其拉压刚度为：式中：d－丝杠的中径，m

E－材料的拉压弹性模量，N/m2L－丝杠的全部工作长度，m拉压刚度的计算当工作台位于两支承点的中点位置时

，丝杠的拉压刚度为最小：式中：d－丝杠的中径，m

G－材料的剪切弹性模量，N/m2

l－扭矩在丝杠上的作用长度，m丝杠扭转刚度的计算

提高系统的刚度的方法：

1）采用弹性模量高的材料名

称

弹性模量E

切变模量G

泊松比μ

GPa

GPa

───────────────────────────────────

镍铬钢

206

79.38

0.25-0.30

合金钢

206

79.38

0.25-0.30

碳钢

196-206

79

0.24-0.28

铸钢

172-202

0.3

球墨铸铁

140-154

73-76

0.23-0.27玻璃

55

22

0.25大理石

55

提高系统的刚度的方法：

2）合理选择零件的截面形状和尺寸

提高系统的刚度的方法：

3）对齿轮、丝杠、轴承等施加预紧力

例题：机床传动系统如下图所示,电机轴转动惯量JM=0.0032kg.m2,工作台及刀架质量m=600kg,滚珠丝杆中径d=48mm,导程L=8mm,丝杆总长ls=1.84m,丝杆螺纹有效长度lmax=1.2m,齿轮齿数分别为Z1=20,Z2=40,Z3=20,Z4=48,模数2.5,齿宽B=25mm。(丝杆、齿轮材料密度ρ=7.8×103kg/m3)；当其为一端轴向支撑丝杠系统时，若预紧后丝杠支承轴向刚度KB=2.14×109N/m，丝杠螺母间的接触刚度KN=1.72×109N/m，丝杠的最大工作长度lmax=1.2m，拉压弹性模量E=2.1×1011N/m2

，剪切弹性模量G=8.1×1010N/m2

，试求1.丝杠螺母系统的最小拉压刚度和最小扭转刚度。2.丝杠工作台系统质量为600kg，求其纵向振动和扭转振动的最小固有频率。

（1）计算丝杠螺母系统的最小拉压刚度由于丝杠为一端轴向支承，故：则最小拉压刚度为：（2）系统固有频率的计算忽略丝杠本身的质量，则工作台纵向振动的最小固有频率为：最小扭转刚度为：计算负载折算到电机轴上的总等效转动惯量Je则折算到丝杠轴上的系统总转动惯量为：

忽略电动机轴和齿轮轴的扭转变形，系统扭转振动的最小固有频率为：

电动机轴上的系统总转动惯量机械传动系统的特性3、刚度

计算所有传动部件刚度系数折算到电机轴上的总等效扭转刚度系数k。kgksk4k3k2k1v机械传动系统的特性3、刚度

爬行现象当丝杠2作较低的匀速运动时，工作台3可能会出现一快一慢或跳跃式的运动，这种现象称为爬行。

机械传动系统的特性4、摩擦伺服传动系统中的摩擦力主要产生于导轨副，其摩擦特性随材料和表面形状的不同而有很大差别。

1）产生爬行的原因和过程

主动件1做匀速运动时，在弹簧力小于静摩擦力F时，3不动。当弹簧力大于静摩擦力F时，3开始运动，此时，静摩擦变为动摩擦，摩擦阻力突然降低，使得3加速向前，产生跳跃式运动。同时弹簧伸长，作用在3上的弹簧力逐渐减小，3的速度降低，动摩擦力增大，直到3停止运动。由于，主动件1在做匀速运动，从动件的这种反复跳跃、静止的现象就称为爬行现象。

由上述分析可知，低速进给爬行现象的产生主要取决于下列因素：①静摩擦力与动摩擦力之差，这个差值越大，越容易产生爬行。②进给传动系统的刚度K越小、越容易产生爬行。③运动速度太低。

2）消除爬行现象的途径①提高传动系统的刚度a．提高各传动件或组件的刚度，减小各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置。如适当的加粗传动丝杠的直径，缩短传动丝杠的长度，减少和消除各传动副之间的间隙。b．尽量缩短传动链，减小传动件和弹性变形量c．合理分配传动比，使多数传动件受力小，变形小。

②减少摩擦力的变化a．用滚动摩擦、流体摩擦代替滑动摩擦。如采用滚珠丝杠、静压螺母、滚动导轨和静压导轨等。从根本上改变摩擦面间的摩擦性质，基本上可以消除爬行。b．选择适当的摩擦副材料，降低摩擦系数。c．降低作用在导轨面的正压力。如减轻运动部件的重量，采用各种卸荷装置，以减少摩擦阻力。d．提高导轨的制造与装配质量，采用导轨油等都可以减少摩擦力的变化。

传动误差指输入轴单向回转时，输出转角的实际值相对于理论值的变动量。机械传动系统的特性5、传动精度

回程误差指输出轴不能立即随着输入轴方向回转，即方向回转时输出轴产生滞后。传动精度

不同形式的传动，达到的精度是不同的。一般来说，圆柱齿轮与斜齿轮机构的精度较高，涡轮蜗杆次之，圆锥齿轮则更次之。在行星齿轮机构中，谐波齿轮精度最高，渐开线行星齿轮、少齿差行星齿轮机构次之，摆线针轮行星齿轮机构更次之。机械传动系统的特性5、传动精度

减少传动误差的措施提高零部件本身的精度合理设计传动链采用消隙机构5、传动精度合理设计传动链交流伺服电动机ABCDEFGH若已知ΔA,ΔB,ΔC,ΔD,ΔE,ΔF,ΔG,ΔH，iAB,

iCD,iEF，iGH求总转角误差。5、传动精度合理设计传动链交流伺服电动机ABCDEFGH若已知ΔAB，ΔEF，ΔGH，ΔCD，iAB,

iCD,iEF,iGH求总转角误差。交流伺服电动机(a)(b)交流伺服电动机CDABEFGH若ΔAB=ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,

iAB=1.5,

iCD=2,iEF=2,iGH=3ABEFGHDC交流伺服电动机(a)交流伺服电动机(b)CDABEFGH若ΔCD=ΔEF=ΔGH=Δ,ΔAB=2ΔiAB=2,

iCD=2,iEF=2,iGH=2ABEFGHDC机械传动系统的特性5、传动精度合理设计传动链(a)移像器度盘ABCD(b)移像器度盘ABCDB从动ZB120A主动ZA20机械传动系统的特性5、传动精度

方案a中，A为输入轴，D为输出轴，ΔCD=ΔAB=Δ问：那种方案好。×××××ZB120ZC1D从动ZD60C主动

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1/6)Δ=(70/60)ΔZD60（a）（b）B从动ZB120A主动ZA20机械传动系统的特性5、传动精度若ΔCD=1.18Δ

ΔAB=Δ×××××ZB120ZC1D从动ZD60ZD60C主动

ZC1ZA20Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1.18+1/60)Δ=(7.18/6)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+1.18/6)Δ=(7.18/6)Δ（a）（b）B从动ZB20A主动ZA120机械传动系统的特性5、传动精度×××××ZB20ZC1D从动ZD60C主动

ZC1ZA120Δa=ΔCD+ΔAB/iCD=(1+1/60)Δ=(61/60)ΔΔb=ΔAB+ΔCD/iAB=(1+6)Δ=7ΔZD60（a）（b）若ΔCD=ΔAB=Δ机电一体化系统中常用的执行机构一、滚珠丝杠传动二、齿轮传动三、谐波齿轮传动四、同步带传动一、滚珠丝杠传动机构1、工作原理

在丝杠和螺母的螺纹间放置滚珠，当丝杠或螺母转动时，滚珠沿滚道滚动，使丝杠和螺母作相对运动。

在螺母（或丝杠）上有滚珠返回的通道，与滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环运动。

螺杆历史一、滚珠丝杠传动机构(a)螺母固定，丝杠转动并移动。(b)丝杠转动，螺母移动。(c)螺母转动，丝杠移动。(d)丝杠固定，螺母转动并移动。一、滚珠丝杠传动机构(a)单圆弧滚道，其加工成型比较简单，容易得到较高的加工精度。但接触角随间隙及轴向载荷变化，故传动效率、承载能力和轴向刚度不稳定(b)双圆弧滚道，接触角基本保持不变，则效率、承载能力和轴向刚度较稳定，滚道加工困难一、滚珠丝杠传动机构一、滚珠丝杠传动机构一、滚珠丝杠传动机构一、滚珠丝杠传动机构一、滚珠丝杠传动机构一、滚珠丝杠传动机构

按滚珠的循环方式不同：1）外循环：

多圈一个循环，在循环过程中一部分滚珠与丝杠脱离接触。该形式结构简单、制造方便，但弯管突出于螺母外部，外形尺寸较大。2、结构形式2）内循环：一圈一个循环，在循环过程中滚珠与丝杠始终不脱离接触。其优点是径向尺寸紧凑，刚性好，因滚道较短，滚珠数量少、摩擦损失小、传动效率高。缺点是反向器加工困难。

滚珠从螺纹滚道进入反向器，越过丝杠的牙顶，进入相邻滚道，形成循环回路。螺杆介绍3、滚珠丝杠的特点

1）传动效率高

3）传动精度高

由于滚珠丝杆副摩擦小、温升小、无爬行、间隙小，通过预紧进行预拉伸以补偿热膨胀。故可达到较高的定位精度。其中：

——中径处的螺旋升角

——当量摩擦角

（8′

-12′）一般而言，摩擦系数较小因此，效率很高，可达90%-95%。

2）运动具有可逆性

回转运动变直线运动

正传动

直线运动变回转运动

逆传动

同时，通过对螺母施加预载荷，增加刚度，从而可提高精度。4）磨损小，使用寿命长

滚珠、滚道、丝杠、螺母都经过淬火、硬化处理硬度高HRC58-65，高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杠副的4～10倍以上。

5）不能自锁

垂直安装时，当运动停止后，螺母在重力作用下下滑，故需设置专门的制动或锁紧装置。6）制造工艺复杂，成本高：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。4、滚珠丝杠轴向间隙的调整

轴向间隙包括两部分

滚珠与螺母原有的间隙承载时滚珠与滚道弹性变形引起的间隙

当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机构的传动精度。

通常采用双螺母预紧的方法消除间隙，提高刚度。

垫片调隙式

螺纹调隙式

齿差调隙式

滚珠丝杠1、垫片调隙式

通过改变调整垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。该形式结构简单，调整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。2、螺纹调隙式

通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁紧，结构紧凑，调整方便。3、齿差调隙式在两螺母1、4的凸缘上切制有圆柱外齿，齿数记为Z

1、Z4

，且Z

4-Z1=1，分别与内齿轮2、3啮合。调整时先取下内齿轮2、3，使两螺母1、4产生相对位移（即根据间隙大小，在同方向转一个或几个齿），然后将内齿轮2、3复位固定，达到消除间隙的目的。产生的轴向位移（即间隙）δ为：

其中：n——螺母同方向转过的齿数P——丝杠的导程例：若Z1=99，Z4=100，n=1,p=6mm

则δ=p/(Z1Z4)=6mm/9900=0.6μm

该结构调整的精度高，工作可靠；但是结构复杂，加工和装配工艺性差，成本较高。5、预紧力的施加方法

滚珠丝杠副除了对本身单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。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。(1)双螺母预紧原理

根据垫片厚度不同分成两种形式：当垫片厚度较厚时即产生“预拉应力”，当垫片厚度较薄时即产生“预压应力”，以消除轴向间隙。(2)单螺母预紧原理（增大滚珠直径法）

为了补偿滚道的间隙，设计时将滚珠的尺寸适当增大，使其四点接触，产生预紧力；为了提高工作性能，可以在承载滚珠之间加入间隔钢球。(3)单螺母预紧原理（偏置导程法）

偏置导程法原理是在螺母中部，将其导程增加一个预压量Δ，以达到预紧的目的。

目前市场上的滚珠丝杠副的轴向间隙常为0.05mm，而加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙。

消除轴向间隙时应注意以下两点：

（1）预紧力大小必须合适预紧力过小不能保证无隙传动；过大将使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。

预紧力应不超过最大轴向负载的1/3。

（2）特别要注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。这些间隙用预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响。6.

滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法

(1)．主要尺寸

公称直径、导程、螺旋升角等。

(2).精度等级

《滚珠丝杠副精度》标准规定分为七个等级：1、2、3、4、5、7、10。1级最高，依次递减。根据使用范围，滚珠丝杠副可分为定位P类和传动T类。

(3).标注方法一、滚珠丝杠传动机构实现螺母冷却后，安装了滚珠丝杠的机床等便可以实现高速化和高精度化。螺母冷却滚珠丝杠产品介绍6.滚珠丝杠副的安装滚动轴承的选择（1）载荷的方向、大小和性质向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。径向接触球轴承调心球轴承推力滚子轴承

6.滚珠丝杠副的安装滚动轴承的选择（1）载荷的方向、大小和性质当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时，可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承；当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承圆锥滚子轴承深沟球轴承6.滚珠丝杠副的安装滚动轴承的选择（1）载荷的方向、大小和性质角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用。一般滚子轴承比球轴承的承载能力大，且承受冲击载荷的能力强。（2）转速一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触球轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高，适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。（3）支承限位要求固定支承限制两个方向的轴向位移，可选用能承受双向轴向载荷的轴承；单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承；游动支承轴向不限位，可选用内、外圈不可分离的向心轴承。双列圆锥滚子轴承双列角接触球轴承（4）调心性能当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时，应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承。调心球轴承调心滚子轴承（5）刚度要求一般滚子轴承的刚度大，球轴承的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。（6）其他要求径向空间受限制的场合可选用滚针轴承或滚针和保持架组件；对轴承振动、噪声有要求的场合，可选用低噪声轴承；此外，还应考虑经济性和市场供应情况等。磁悬浮轴承排列方式：背对背

载荷作用中心间距大，承受力矩载荷能力强，轴系的角刚度大，适于悬臂轴支承；轴受热伸长时，轴承不会被卡死，但会使定位预紧的预紧量减少。排列方式：面对面

载荷作用中心间距小，轴受径向载荷后挠度小；此排列结构简单，装卸方便；轴受热伸长时，轴承容易被卡死，因此在安装中应特别注意轴承游隙的调整。排列方式：串联

载荷作用中心处于轴承中心线的同一侧，适于承受较大载荷的支承，为保证两套或多套轴承轴向受载均匀，需仔细选配轴承内外圈宽度。

6.滚珠丝杠副的安装滚珠丝杠的轴承组合方式、轴承座、螺母座以及其连接刚度，对丝杠副传动系统的刚度和精度都有很大影响，故在设计、安装时需认真考虑。

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，才使用向心轴承为主的轴承组合。

以下列出了四种典型支承方式及其特点。双推—双推1．两端分别安装一对推力轴承和深沟球轴承，可以同时承受轴向和径向载荷，轴向刚度最高；2．预拉伸安装时，须加轴向载荷较小，轴承寿命较高3．适宜高速、高刚度、高精度传动。单推—单推1．两端分别安装一个推力轴承和一个深沟球轴承，轴向刚度较高，主要用于承受轴向载荷；2．预拉伸安装时，须加轴向载荷较大，轴承寿命比方案（一）低；3．适宜中速、精度较高的传动系统。

双推—简支1．固定端安装有向心轴承和双向推力轴承，承受径向、轴向载荷；简支端用深沟球轴承进行径向约束，轴向刚度不高；2．固定端可进行预拉伸安装；3．适宜中速、精度较高的长丝杠。

双推—自由1．固定端采用向心轴承和双向推力轴承组合方式，轴向刚度低；2．固定端可进行预拉伸安装；3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。

7.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)(r／min)，滚道硬度HRC和运转情况。

一般的设计步骤及方法如下：(1)．丝杠副的计算载荷Fc(N)

—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）。载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转1~1.21.2~1.51.5~2.5滚道实际硬度HRC≥58555045401.01.111.562.43.85精度系数1、23、4571.01.11.251.43—丝杠副的平均转速（r/min）；

(2)．计算额定动载荷

式中：—运转寿命（h）；

—计算载荷（N）。动负载3．根据滚珠丝杠系列，选择所需要的规格，使选所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。

例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Fm＝3800N，丝杠工作长度L＝1.2m，平均转速nm＝100r/min，最大转速nmax＝10000r/min，使用寿命＝15000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58~62HRC，传动精度要求mm。

解：(1)求计算载荷Fc

查系数(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：规格型号公称导程p丝杠外径d钢球直径dW丝杠底径d1循环圈数动负荷Ca(KN)FFZD5006-550648.9445.9526.4故选FFZD5006-5，其中：

公称直径：D0=50mm

导程：p=6mm

螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′

滚珠直径：d0=4mm

滚道半径：R=0.52d0=0.52×4=2.08mm

丝杠内径：d1=45.9mm

丝杠的最高转速：nmax=1000r/min(4)稳定性验算：

①如设为双推—简支，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，两端铰接时，m故丝杠是安全的，不会失稳。支承方式有关系数双推—自由F—O双推—简支F—S双推—双推F—F安全系数3~42.5~3.3—长度系数22/3—临界转速系数1.8753.9274.730

②临界转速验证高速运转时，需验算其是否会发生共振的临界转速，要求丝杠的最高转速。

临界转速可按公式计算：所以不会发生共振。（5）刚度验算：滚珠丝杠在工作负载F和转矩T共同作用下，引起每个导程的变形量为：

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;F—工作载荷(N)P—丝杠的导程(mm)T—转矩（Nm）取工作载荷F等于平均工作载荷Fm，即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

故丝杠的刚度满足要求。（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。二、齿轮传动系统

齿轮传动系统的特点

其工艺性好、适用范围广、可实现大功率或者高精度传动，能承载重载、摩擦小、强度大、效率高、传动平稳，不易实现大传动比、体积较大。传动比的最佳选择及其分配分为一级（反向）、二级（同向）、三级（反向）等传动形式。（1）齿轮传动系统的总传动比θm代表电动机的角位移θL代表负载的角位移传动比的最佳选择及其分配iMLδαα/i:δ=360°:L

α/i:δ=360°:zt

总传动比的确定(试凑法)a)对于开环伺服机械传动系统，总传动比为：

i=(α×S)/(360°×δ)传动链末端为丝杠螺母副

i=(α×zt)/(360°×δ)传动链末端为齿轮、齿条式中：α为步进电机步距角，单位：度/脉冲

S为丝杠螺距，单位：mm

δ为脉冲当量，单位：mm/脉冲

z为齿轮齿数，

t为齿轮节距，t=mπ，单位：mm总传动比的确定(试凑法)b)对于闭环伺服机械传动系统，总传动比为：

i=(nmax×S)/vmax

传动链末端为丝杠螺母副

i=(nmax×tz)/vmax

传动链末端为齿轮、齿条式中：nmax伺服电机额定转速，单位：r/min

S为丝杠螺距，单位：mm

vmax工作台最大移动速度，单位mm/min

z为齿轮齿数，

t为齿轮节距，t=mπ，单位：mm最佳总传动比的确定首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综合为系统的总负载，方法有：a)峰值综合法：若各种负载为非随机性负载，将各负载的峰值取代数和。b)均方根综合法：若各种负载为随机性负载，取各负载的均方根。负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。JmTmθmiJLTcTfθLMGL

上图为传动系统计算模型。转子惯量为Jm、输出转矩为Tm的伺服电机通过齿轮系，其折算的电机轴上的等效转动惯量为Je

，带动惯量为JL

、工作负载转矩为Tc

、摩擦负载转矩为Tf的负载。设齿轮系的传动效率为η，传动比为i。JmTmθmiJLTcTfθLMGL1、负载加速度最大的总传动比

Tc和Tf

折算到电机轴上分别为:Tc/i

和Tf/i

、JL折算到电机轴上为:JL/i2

。2、等效峰值综合负载转矩最小的总传动比令峰值综合工作负载转矩和摩擦负载转矩分别为Tcp和Tfp

、换算到电机轴上的等效峰值负载转矩为Temp，则：2、等效峰值综合负载转矩最小的总传动比与之对应的等效峰值综合负载转矩的最小值为：此时，电机的输出转矩应满足：3、等效均方根综合负载转矩最小的总传动比令均方根综合工作负载转矩和摩擦负载转矩分别为TcR和TfR，折算到电机轴上的等效均方根综合负载转矩为TemR，则：

（2）总传动比分配齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择合理的传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。二、齿轮传动1)

最小等效转动惯量原则利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。

如图，简化假设传动效率100%，各主动小齿轮转动惯量相同，不计轴和轴承的转动惯量，各齿轮均为同宽度同材料的实心圆柱体，等效到电机轴上的等效转动惯量为：即：令:可得对于n级齿轮系作同类分析可得：

按此原则计算的各级传动比是按“先小后大”的次序分配的，故可使其结构紧凑。

例如：有i=80，n=4的小功率传动系统，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。解得：(2)质量最轻原则

对于小功率传动系统，使各级传动比满足，即可使传动装置的重量最轻。注意：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级增加的情况，此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之要求进行综合考虑。(3)输出轴转角误差最小原则为了提高机电系统中齿轮传动系统运动精度，各级传动比应按“先小后大”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，则式中：

—第个K齿轮所具有的转角误差；

—第K个齿轮的转轴至第n级输出轴的传动比各级传动比设计原则：1、对于要求体积小、质量轻的齿轮传动系统可用质量最轻原则。2、对于要求运动平稳、启动频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系，可按等效转动惯量最小和总转角误差最小的原则来处理。3、对于以提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系，按总转角误差最小原则。4、对以较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴轮系和行星轮系巧妙地结合为混合轮系。5、对于传动比相当大并且要求传动精度与传动效率高、传动平稳、体积小、重量轻的齿轮传动系统，可选用新型的谐波齿轮传动。3齿轮传动间隙的调整方法

(1)

圆柱齿轮传动

(a)

偏心套(轴)调整法

将电机2安装在偏心套1(或偏心轴)上，通过转动偏心套(偏心轴)的转动，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。特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。

(b)轴向垫片调整法齿轮1和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，利用轴向垫片3使齿轮1沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。

(c)双片薄齿轮错齿调整法

将相啮合一个齿轮做成两个薄齿轮，另外一个为厚齿轮。

工作时，通过弹簧力，使一个薄齿轮的左齿侧、另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙。此法使得齿轮在反向回转时，不会出现死区。(2)锥齿轮传动

(a)轴向压簧调整法

在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5，其轴向力大小由螺母6调节。锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。

(b)周向弹簧调整法

将与锥齿轮3啮合的齿轮做成大小两片(1、2)，大小片锥齿轮1、2在弹簧力作用下错齿，从而达到消除间隙的目的。三、谐波齿轮传动特点：1、传动比大、范围宽2、承载能力高3、传动精度高5、传动平稳6、结构简单、体积小，重量轻7、传动效率高8、具有通过密封壁传动能力9、成本高行星齿轮

谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十~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。

谐波齿轮传动的工作原理以通用谐波减速器为例，由于柔轮比刚轮的齿数少2个，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的传动比。三、谐波齿轮传动谐波齿轮谐波传动

谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮、具有外齿的柔轮和波发生器。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。三、谐波齿轮传动⑴当椭圆形的波发生器3装入柔轮2内孔时，由于3的总长度略大于2的内孔直径，故柔轮2变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生了柔轮2与刚轮1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。⑵至于其余各处，则视柔轮2回转方向的不同，或处于啮合状态，或处于非啮合状态。

⑶当波发生器连续转动时，柔轮2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2与刚轮1之间就产生了相对位移，从而传递运动。

谐波齿轮传动是行星齿轮传动的一种变型，波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，而刚轮相当于中心轮内齿圈。单级谐波齿轮传动的传动比计算有两种情况：

一种是刚轮固定，波发生器输入、柔轮输出，传动比为：

一种是柔轮固定，波发生器输入、刚轮输出，传动比为：

当柔轮齿数Zr=200，刚轮齿数Zg=202时，分别求出当刚轮固定柔轮输出和柔轮固定刚轮输出时的传动比。

刚轮固定柔轮输出的传动比为：

柔轮固定刚轮输出的传动比为：谐波齿轮减速器产品及选用常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图XB180-100-1-3/3三、谐波齿轮传动产品代号，XB1为单级卧式谐波减速机精度等级最大空转小于3分最大传动误差小于3分1为整机，2为三大件减速比为10080机型，柔轮内径为80mm谐波齿轮减速机选用1、首先确定产品类型，无特殊要求的情况下，尽量选用XB1系列，如轴向尺寸要求小，选用XB3，大传动比选XB2或串联XB1。

2、根据样本中的图表参数选型时需确定以下三项参数：

（a）传动比或输出转速（r/min)

（b）减速机输入功率（kw)

（c）额定输入转速（r/min)

3、如减速机输入转速是可调的，则在选用减速机型号时应分别确定：

工作条件为“恒功率”时按最低转速选用机型；工作条件为“恒扭矩”时，按最高转速选用机型。谐波齿轮减速机选用

4、选用减速机输入功率Pr与输出扭矩Tc的计算:谐波齿轮减速机选用P

—减速机额定输入功率（KW）T

—减速机额定输出扭矩（N.m）K

—工况系数（见下表）

工况系数K值表谐波齿轮减速机选用谐波齿轮减速机选用5、减速机输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带轮及平皮带轮时，需要校验轴伸的悬臂负荷Fc，校验公式为：T—减速机额定输出扭矩（N.m）

K

—工况系数D—齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径(m)ξ—悬臂负荷系数（齿轮ξ=1.5；链轮ξ=1.2；三角皮带轮ξ=2；平皮带轮ξ=2.5)谐波总介四、同步带传动

同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。其于1940年由美国尤尼罗(Unirayal)橡胶公司首先加以开发。

1946年辛加公司把同步带用于缝纫机针和绕线管的同步传动上，取得显著效益，以后被逐渐引用到其他机械传动上。同步带的结构和尺寸规格:

如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。工业用同步带带轮形状如下右图所示。承载绳：用于传递动力和保持节距不变，采用抗拉强度较高、伸长率较小的材料制造。钢丝玻璃纤维芳香族聚酰胺纤维带齿与带背：带齿直接与带轮啮合，要求剪切强度和耐磨性高，耐热性和耐油性好。背带用于连接和包覆承载绳，要求柔韧性和抗弯强度高，与承载绳的粘结性好。氯丁橡胶

聚氨酯橡胶

同步带轮：同步带轮参数为规格型号、齿数、带轮内孔、键槽、宽度、是否带挡圈等尺寸。钢铝合金铸铁黄铜四、同步带传动1.同步带的类型

(1)．按用途分：(a)一般工业用同步带传动：齿形呈梯形，主要用于各种中、小功率机械。(b)高转矩同步带传动：齿形呈圆弧形，主要用于重型机械的传动(c)特种规格同步带传动：满足某种机械（如汽车发动机）的特殊需要。(d)特殊用途同步带：适应特殊工作条件，如耐油、耐温、高电阻、低噪声、特殊尺寸等。四、同步带传动(2)．按齿形分：(a)梯形齿：为ISO及我国目前的同步带标准齿形，型号及齿形参数均以标准化。(b)圆弧齿：目前有各国企业标准，逐步正产生国际和我国国家标准。四、同步带传动(3).按规格分(a)模数制：基本参数是模数m(d=mz=pz/π)，根据模数确定带的各种型号和结构参数。60

年代以来，应用范围逐渐减少。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。(b)节距制：基本参数是英制带齿节距，根据节距确定相应型号和结构参数，计算单位由英制换算，目前为ISO及我国国家标准。(3)DIN公制节距

DIN(DeutschesInstitutfǖrNormung)德国国家标准。

DIN米制节距是德国标准制定的同步带传动规格。其主要参数为带齿节距，但标准节距数值不同于ISO节距制，计量单位为公制。在我国，由于德国进口设备较多，故DIN米制节距同步带在我国也有应用。2.同步带传动的优点(1)．工作时无滑动，有准确的传动比(2)．传动效率高，可达98%，节能效果好(3)．传动比范围大，可达10左右，结构紧凑(4)．维护保养方便，运转费用低(5)．恶劣环境条件下仍能正常工作缺点：中心距要求及其严格，安装困难制造工艺复杂制造成本高四、同步带传动4.同步带的设计

(1)．失效形式和计算准则同步带传动主要失效形式有：

(a)

承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。

(b)

爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。

(c)

带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下，保证同步带的抗拉强度。型号节距(mm)齿高(mm)带厚(mm)角度β°MXL2.0320.511.1440XL5.0801.272.3050L9.5251.913.6040H12.702.294.3040XH22.2256.3511.2040XXH31.7509.5315.7040梯形齿规格型号标记型号节距(mm)齿高(mm)带厚(mm)角度β°T2.52.50.71.3040T551.202.2040T10102.504.5040T20205.008.0040AT551.202.7050AT10102.505.0050AT20205.008.0050T形齿规格型号标记齿型代号型号节距(mm)齿高(mm)带厚(mm)HTD2M20.751.363M31.172.45M52.063.88M83.366.0014M146.0210.0020M208.413.20HTD齿规格型号标记(2)．同步带传动的设计计算步骤设计同步带传动的已知条件为：

Pm需要传递的名义功率；

n1、n2主从动轮的转速或传动比；1、确定带的设计功率Pd工作机原动机普通转矩鼠笼式、直流电机（并激）同步电动机、多缸内燃机大转矩电机、直流电机（复激、串激）单缸内燃机运转时间运转时间断续使用每日3~5h普通使用每日8~10h断续使用每日16~24h断续使用每日3~5h普通使用每日8~10h断续使用每日16~24hK1复印机、计算机、医疗设备1.01.21.41.21.41.6清扫机、缝纫机、办公机械1.21.41.61.41.61.8数控机床、造纸机、印刷机1.41.61.81.61.82.0搅拌机、压缩机、牛头刨床1.51.71.91.71.92.1输送机、鼓风机、纺织机械1.61.82.01.82.02.2离心机、粉碎机、输送机1.71.92.11.92.12.3陶土机械、矿山用混料机等1.82.02.22.02.22.4增速比系数K21.00~1.2401.25~1.740.11.75~2.490.22.50~3.490.3≥3.500.4压紧轮的位置系数K3松边内则0松边外侧0.1紧边内侧0.1紧边外侧0.2张紧轮修正系数增速传动修正系数2、选择带型和节距Pb

依照同步带选型图确定带型与节距，选型图水平坐标为带的设计功率Pd(kw)垂直坐标为小带轮转速n1(r/min)。若所得交点落在两种节距的分界线上，则尽可能选择较小的节距。3

、确定带轮齿数z和节圆直径d

根据《最小带轮选用齿数》确定小带轮最少齿数z1，若传动布置和带速许可，则z1应取大些。大带轮齿数:z2=z1×i

小带轮节圆直径:d1=Pb×z1/π

大带轮节圆直径:d2=d1×i

同步带传动速度:v=πd1n1/(60×1000)

带限制速度：MXL~L型，40~50m/sH型，35~40m/sXH、XXH型，25~30m/s小带轮转速n1(r/min)带型号MXLXXLXLLHXHXXH带轮最小许用齿数<900——1012142222900~<1200121210121624241200~<1800141412141826261800~<3600161612162030—3600~<48001818151822——带轮最小许用齿数4、同步带的节线长度Lp、齿数zb及传动中心距C

式中C为传动中心距，初选按下式选取：

计算出的节线长度Lp应按标准节线长度圆整为L0，同步带齿数zb根据确定的标准节线长度计算：

此时传动中心距C为：5、校验带与小带轮的啮合齿数zm：6、确定实际所需同步带宽度bs：(1)计算所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率P0：式中：Ta为各种型号同步带在基准宽度下的许用圆周力(N)。

m为各种型号同步带的单位长度质量(kg/m)。

v为同步带传动速度(m/s)。(2)计算啮合系数Kz：当zm≥6，Kz=1；当zm＜6，Kz=1-0.2(6-zm)查(3)计算齿宽系数Kω：

Kω=(bs/bs0)1.14；

bs0为基准带宽。(4)确定实际所需同步带宽度bs：

所得的bs按标准带宽圆整，如超过原选带宽，则需重新设计。7、带的工作能力验算将以上各值代入同步带额定功率P的精确计算公式。若计算得P≥Pd即为合格。带型号基准宽度bs0(mm)作用圆周力Ta(N)单位长度质量m(kg/m)MXL6.4270.007XXL6.4310.010XL9.550.170.022L25.4244.460.095H76.22100.850.448XH101.64048.901.484XXH127.06398.032.473基准宽度下许用圆周力和单位长度质量同步带传动的选型与计算实例

设计一精密车床的梯形齿同步带传动,已知电机额定功率Pm=5.5kw，额定转速n=1440r/min,传动比i=2.4，轴间距约为450mm，每天工作8小时，设计选型梯形同步带。1、确定设计功率同步带传动的选型与计算实例2、选定带型和节距设计功率10.56kw,额定转速1440r/min,则：H型梯形齿同步带，节距Pb=12.7mm同步带传动的选型与计算实例3、选择小带轮齿数

Zmin=18，故取Z1=204、确定小带轮节圆直径d1=Pb×Z1／π=12.7×20/π=80.85mm5、确定大带轮齿数Z2=iZ1=2.4×20=486、确定大带轮的节圆直径d2=Pb×Z2／π=194.04mm同步带传动的选型与计算实例同步带传动的选型与计算实例7、确定带速v=(πd1n1)/(60×1000)=(π×80.85×1440r/min）/(60×1000)=6.1m/s8、确定初带长已知轴间距约为450mm同步带传动的选型与计算实例9、同步带齿数Zb=Lp/Pb=1338.91/12.7=105.43，标准节线长L0=1333.50，取Zb=10510、计算实际中心距同步带传动的选型与计算实例11、计算小齿轮啮合齿数同步带传动的选型与计算实