机电一体化课件

3.4谐波齿轮传动谐波齿轮传动也是利用行星轮系传动的原理发展起来的一种新型传动，它由三个基本构件组成：即波发生器、刚轮和作为柔轮的中间挠性体，由于在传动过程中，柔轮产生的弹性变形波近似于谐波，故称之为谐波齿轮传动，常用的是双波和三波两种，其波发生器如下图：

双波传动三波传动3.4谐波齿轮传动一、工作原理若刚轮１固定，外装柔性轴承4、波发生器3装入柔轮2，使原为圆环形的柔轮产生弹性变形。柔轮长轴两端的齿与刚轮齿槽完全啮合，而柔轮短轴两端的齿与刚轮齿完全脱开，长轴与短轴间的齿则逐步啮入和啮出。当高速轴带动相当于系杆Ｈ的波发生器凸轮和柔性轴承连续转动时，柔轮上原来与刚轮啮合的齿对逐渐啮出、脱开、啮入、啮合，这样柔轮就相对刚轮沿着与波发生器相反的转向低速旋转自转），通过低速轴输出运动。若将柔轮固定，由刚轮输出运动。其工作原理相同，只是刚轮输出运动的转向与波发生器的转向相同。谐波齿轮传动过程谐波齿轮传动特点：１）传动比大单级谐振动波齿轮传动的传动比为50～500，多级和复式传动的传动比更大，可达30000以上。２）承载能力大传递额定输出转矩时，谐波齿轮传动同时接触的齿对数可达总对数的３０％～４０％以上。３）传动精度高在同样制造条件下，谐振动波齿轮的传动精度比一般齿轮的传动精度对至少高一级。齿侧间隙可调整到最小，以减少传动回差。４）传动平稳基本上无冲击振动。5）传动效率高单级传动的效率为65%～90%.6）结构简单、体积小，重量轻在传动比承载能力相同的条件下，谐波齿轮减速器比一般齿轮减速器的体积和重量减少1／2～1／3。７）成本高柔轮材料能要求高，制造较困难，精度高。3.4谐波齿轮传动XB1单级谐波传动减速器组件外形图3.4谐波齿轮传动3.4谐波齿轮传动XB1单级谐波传动减速器外形图

二、单级谐波齿轮传动比计算

谐波齿轮传动是行星传动的一种变型。波发生器相当于行星轮系的转臂（Ｈ），柔轮（Ｒ）相当于行星轮，而刚轮（Ｇ）相当于中心轮内齿圈。单级谐波齿轮传动比计算有两种基本情况：一种是刚轮固定，波发生器输入、柔轮输出，传动比为：

二种是柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出，传动比为：三、谐波齿轮传动机构参数选择与计算目前我国已制定了谐波齿轮减速器标准。介绍单级谐波齿轮传动1、传动比的选择目前我国谐波齿轮减速器的传动比标准化系列有：100、125、160、200、250、315、400等。在选用时，允许所选用的传动比比实际的传动比有得误差。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）之内允许输出的最大力矩。目前标准化系列3、材料选择柔轮处在反复弹性变形的状态下工作，需选择强度和耐疲劳性能好的合金结构钢制作。通常使用的材料由：轴承钢、铬钢、铬锰硅钢、铬锰钛钢等。目前常用35MnSiA、GCr15。刚轮采用45钢、40Cr波发生器55Si2、60Si2、55CrMn等3.5滚珠螺旋传动

滚珠螺旋运动是在丝杠与螺母之间放入适量的滚珠，于是螺纹之间的摩擦为滚动摩擦。

滚珠丝杠副的组成:

由带螺旋槽的丝杆1、螺2母、滚动元件滚珠/滚柱3、回珠装置4等组成。

滚珠螺旋传动特点：1）传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达85%～98%，为滑动丝杠副的3～4倍。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，低速时无爬行。3）能够预紧预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。4）工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度（HRC58～62）、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）定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸的补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。7）可靠性高润滑密封装置结构简单维修方便。8）不自锁用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。9）经济性差成本高由于结构工艺复杂，故制造成本较高。价格往往以mm计。一、滚珠丝杠副的结构类型（一）螺纹滚道法向截面形状螺纹滚道法向截面形状有单圆弧和双圆弧两种，如图所示。滚道沟曲率半径R与滚球直径DW之比为R/DW=0.52～0.56。单圆弧型要有一定的径向间隙，使实际接触角a≈45°双圆弧型的理论接触角a=38°～45°实际接触角随径向间隙和载荷而变。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紧方式三种形式进行分类。单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。

双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。（二）滚珠循环方式1、内循环：一圈一个循环，在循环过程中滚珠与丝杠始终内循内循环：一圈一个循环，在循环过程中滚珠与丝杠始终不脱离接触固定式内循环浮动顾式反能向器宴内循沫环4、坡反向宗器5、严弓形携片簧1、辫丝杠2、录螺母3、剥滚珠2、型外循揉环脸多侨圈一枯个循维环，窃在循阴环过稳程中萌一部轧分滚涝珠与调丝杠贸脱离疤接触彻。插管糖式外犬循环端盖滑式外率循环无论抢是滑拾动丝贪杠还之是滚蒸动丝做杠传剖动，壳由于丢在结剥构上眉均存探在一遭定的尖轴向现间隙油，以值及磨麦损间最隙的掠存在交，为笑了保苦证运沙动传链递的花连续君性和集可靠巷性，晋消除申轴向驰间隙沾并实经施一脾定预搭紧，恳有利全于提撇高丝亿杠的贺传递忘精度排和一世定的尿承载逮能力页。消除佩和减漆小丝英杠轴挤向间格隙的凭主要酱方法课：主要奸分为盲双螺朋母螺番纹预棒紧调止整、双螺松母垫喉片式饶预紧松调整严、双螺株母齿饥差式数预紧注调整任、弹簧姻式自逐动预贵紧调脊整、单螺垮母变店导程具预紧友调整睛方式争。（三佣）预乖紧方鸟式（三疫）预柿紧方捷式1、坏单螺意母变尼位导肌程预齐紧（太B）秃如图叔形3擦-6堤7所蕉示，蓄在螺贤母体么内将祸两个弱闭式贴滚珠主链中决间过孕渡区煌域内温整数去倍的跟基本津导程黑nP跃h变奴为2、腔单螺笑母增跨大钢摄球直茎径预纯紧（土Z）塌滚道口截面缓须为殖双圆夹弧，诞预紧眠力不冒可太辆大，劝结构错最简狗单，笛但预羡紧力页大小惯不能天调整3、塌双螺本母垫望片预壮紧（网D）澡如图刚3-象69尊所示酬，修盼磨垫曲片厚厅度，昨使两希螺母避的轴腥向距暗离改某变。帆图3民-6忠9a扁为拉关伸预皇紧，萝使用羽较多晒。图墓3-如69绝b为东压压维缩预桥紧。例垫片鸽预紧件刚度拉高，基但高郑速不温便，誓不能尊随时版调隙漆预紧。4、南双螺改母螺益纹预迫紧（劳L）架如图懂3-尚70纷所示宴，调溜整圆斯螺线察使丝沟杠右际螺母逝向右混，产仰生后特伸预苍紧。枣高速坑方便榴，但踏预紧姐量不车易掌先握。5、钻双螺寄母齿见差预榆紧（棋C）任如图删3-种71是所示肌，两杯螺母者端面秋分别舞加工魄出齿胶数为档的内据齿圈底，分细别与铅双联殿齿轮膝啮合椒。一从般若勾两螺解母同拳向各饱转过拌一个紫齿，睛则两彻螺母监的相掠对轴豆向位宋移为辩为导绒程。桌）调舰整精士确方拌便，煮但结深构较神复杂秘。二、颈滚珠袋丝杠绵副的爸精度滚珠致丝杠工副根漫据使秃用范困围及张要求挺分为局七个战精度锅等级野，即1、2、3、4、5、7、10级，1级最炊高依确次递准减。数控销机床拨、精控密机唇械或泼仪器夜选1、2、3级一般底动力桥传动伙选4、5级根据尽使用涨范围押，滚艺珠丝妖杠副挥可分唤为定图位P类和手传动T类。甩具体唇精度丙项目桥分三债类。（一招）行炒程偏错差和泥行程依变动密量行程胞偏差肢按表徐3-过25吸的规则定逐游项检硬验有效铅行程宅按下丙式计除算：式中嫁—拣—丝惹杠螺叼纹全乏长；——险余程瞎，见满表3皆－2芹6。（二企）跳针动和者位置球公差跳动周和位洁置公垃差项纳目有沉：滚赞珠丝并杠螺切纹外土径对大丝杠旺螺纹勾轴线速的径属向圆殖跳动村、滚状珠丝灿杠支惹承轴桥颈对辈丝杠两螺纹丹轴线系的径穗向圆纳跳动剃、滚泼珠丝聪杠支睬承轴牙颈肩军面对疼丝杠纠螺纹敬轴线得的圆躁跳动佳、有披预加铜载荷柿的滚棕珠螺透母安糖装端淋面对克螺丝咱方轴池线的壶圆跳院动、叫有预峰加载慈荷的壳滚螺庭母安舌装直咽径对勿丝杠顶螺纹凝轴线按的径搜向跳史动、臣有预醒加载伪荷的怖滚珠是螺母扒定位去杠螺束纹轴群线的踩平行巧度等共。从有切关标拆准表牛中可中查得烫按规抚定的刻测试软方法蚕、精候度等析级、嗓公称秧直径铃、多猫次测揭量间泽隔、陪螺母棕直径斩等参翻数的鼓允差委。(三亦)性横能检倍验性能车检验霞项目及有：缠动态涂预紧狮转矩燥极偏盾差、贺轴向具接触姨刚度跨等。挽按规摔定的赛测试餐方法其、精扰度等播级和碌有关杰参数吉从相区应标梅准表樱中求弟得允族差。三、肾滚珠泊丝杠饱副的巨尺寸唉与代利号参数碍名称参数窑名称滚珠榨丝杠榆副的诊型号补根据趴其结根构、兵规格跳、精商度和叙螺纹状旋向卫等特炊征，报按下昌列格撒式编恐写：3、丙标注虹方法滚珠洞丝杠韵副结尘构、仁规格忠、精采度的康标注失方法牺如图煌所示克：螺纹之旋向彻，右梦旋不义标检查绑项目目编号精度害等级滚珠峰总圈皮数基本房诚导程公称苦直径预紧向方式循环利方式外形殊结构籍特征例：1、邮FC1B-貌60×6-投5-峰E2左(汉界江机赛床厂林)2、虹FF肤ZD真40×5-纸3-选D3清/1幕40改0×90克0（南颠京工误艺装应备厂草）×四、触滚珠党丝杠摘的支愿承结闻构形联式滚珠痒丝杠迹副的草支承普，主拾要是艳约束细丝杠毕的轴回向窜锣动，匹其次劣才是堡径向叛约束犹。1、创单支戏承形孝式（1屿）双庙向推租力固猜定（躺F）赵可用悬双向占圆锥傻滚子贴轴承章、两广个单幕向圆羊锥滚闲子轴邮承反锈向成域组使店用、奔双向肺推力牵角接肤触球挖轴承鲁、两咬个单绍向推舒力角赵接触则球轴逃承反详向成秃组使悠用、揪双向掏推力饭球轴叉承、纠两个剃单向耐推力耳球轴苦承反亦向成趋组使楚用、道滚针瓜和推左力滚返子组补合轴团承（2赛）轴羡向游被动简厌支（栏S）锡可用俱深沟督球轴伪承、溪圆柱拘滚子需轴承想等（3赔）单鼓向推带力比可用蛇单向耽圆锥荷滚子蜜轴承硬、单忠向推院力角练接触阔球轴递承。（4旋）自渴由端驶（O粉）摔轴朵向和局径向盒均无荡约束帝。2、池两端择支承叛形式（1蛇）两僻端固开定（纵双推里——劈燕双推愁，F学——许F）资刚度别最高灶，进浸行预菌拉伸鸭后可拥减少皂丝杠船自重护变形希和补那偿热罢膨胀究，使萍刚度蓄更高供。用笼于高兽精度榴高刚束度的至工作背条件苗。这爷种形巨式结田构复捎杂，虑工艺林困难浊，成改本最誓高。双推砖—况—优双推宜式结征构形死式（2）欧一端把固定咽一端匠游动鹿（双司推—胆—简迹支，管F—治—S锁）如榆图腾3-度76距所示稻。丝滋杠有午热膨杜胀的劈燕余地。双向再推力棒球轴锡承-满--表-深阅沟球偿轴承两个洲单向段推力吗圆柱回滚子傻轴承嘉--目--状深沟新球轴绒承双推泻—事—简归支式果结构愁形式（3）嫌两端蛇均为轧单向星推力果（单置推—皮—单馒推，蹦J—凤—J骨）如抛图3荣-7盗7所扫示。岁可根勒据预泪计温页升产滋生的端热膨绞胀量蹈进行亡预拉哀伸。单推她—拒—斗单推挪式结宋构形趟式（4锤）一条端固猴定一碌端自立由（药双推扶——薯自由嫌，F隶——宴O）浙如图派3-聪78惊所示杏。结挤构简架单刚料度、锐临界弦转速佩、压哈杆稳孝定性效都较句低，辞适用么于较象短和齿竖直肾安装破的丝直杠。双推浆—著—贫自由蛋式结掌构形舍式机电神工程机系机尤械工鱼程教类研室五、滚珠社丝杠恋副的资制动循装置作用劳：在族垂直籍安装吃或在奶高速交移动旨定位鞭时，粒防止堤滚珠聚丝杠绒副逆齿转发赢生不冈安全鹅事故五或定用位不腥可靠快（无经自锁奥能力铃）。鸽常商用：织超越慌离合锡器、每双推丹式电哗磁离舟合器冲（制粪动器乱）。超越逃离合偿器弄双推确式电卫磁离养合器六、滚珠匙丝杠狠副的死润滑则与密评封润滑拍：主要守有脂折润滑少和滴男油润勇滑。密封亦：接触强式密省封（错动或询静密慢封）躺和非组接触激式密宗封（迷宫的式密土封）御。防尘裙与防大护：折叠颗式防丽尘套趋、伸姥缩式挡防尘月套、叙伸缩房诚挡板寺防尘喘装置哲等。七、逼滚珠旨丝杠呈副的箭选择覆方法1）滚罩珠丝胳杠副静结构紧形式矩确定依据敲预紧屈条件子和防超尘条票件决卖定滚辫珠丝芦杠副暂的结某构形如式。单圆版弧螺概纹滚蓄道的扰单螺私母丝鬼杠副——砍以动洁力传狠动为械主，忠允许痛传动筝存在跨一定惨间隙展，且钳垂直破安装韵。常滚用在尿高精侮度压肥力设耐备上拥（导对向精管度由比导轨航保证食）。单圆你弧螺推纹滚骨道的熄双螺手母丝杆杠副——籍主要潮用在声传递炉轻载姐荷、伶对传兰递动贵力的线平稳奋性和汉丝杆母刚度喊要求湿比高帮（预黄紧力吼较小让）的滔小型晶设备纲上。双圆河弧螺廉纹滚勾道的唐双螺遮母丝刘杠副——尺主要岔用于法重载武，以凉传递塑动力满和运性动为辛主，胀对传之递动政力和错运动塘的平储稳性坏有较腿高的能要求雅，传朝递精倒度高捆、丝头杠刚锹度大从防尘亩效果秩好的涉高精盗度机竖器设婶备上拔。预紧狠原理编预紧存结构2）滚管珠丝壤杠副堆基本短结构雹尺寸职的选协择主要毫依据底滚珠盆丝杠枯副传将递的合最大抱载荷井、运饥动特遵性（哄传递抖速度营）和介范围赖（有肿效行律程）垦、传芒递精枕度要角求，央选定惠滚珠督丝杠吸副的敌公称宇直径酒、基晨本导才程以氧及传膏递精泥度等绝级。·佩公称乒直径哥大，愿承载章能力鸣强；蝇反之奥，承症载能肤力弱量。·蹦基本剧导程遍大，束承载虽能力偷强，壁传动助速度纺快，备传动亩精度售降低竹；反弓之，慢承载渔能力稻减弱度，传缎动速芹度慢英，传热动精拴度高途。·抓传递誓精度俗：决错定设俯备静筹态定高位和秧运动纠精度候、动莲态响拒应特届性、近动态说稳定置特性煎。滚珠圈丝杠括螺母闻传动异机构侍的规冲格尺婆寸举嘉例3）滚筹珠丝渐杠副择的选歉择设状计验饼算步档骤依据逼最大开工作锤载荷蝴(N副)或示平均供工作权载荷万(N叹)作蔑用下姐的使蛮用寿势命T怒(h烤)、区丝杆访有效坡工作筑行程福(m书m)坡、丝肯杠转虚速(勺r/种mi芳n)眨或平因均转洪速(朗r/喜mi茂n)举、滚蔑道硬京度H贺RC稠以及钞工况凝等实烘际工剂作条旺件，统进行昆一系霞列的拢验算抓。·停承载渔能力缝计算读与滚变珠丝存杠副奶型号疗选择在最部大静驼载荷输和动咬载荷留条件梳下，寸进行振弯曲寄强度皇、接圣触应狐力强浇度、阁疲劳雀强度罪等验伯算，剥综合拐决定贸选择鹅滚珠泰丝杠价副型弃号。·济压杆桂稳定傍性验震算或谢校核压杆它稳定盯性验旬算或哨校的扔基本币要求发是不扫影响泄滚珠剧丝杠姓副的涛精度歼和变神形附步加载烤荷产类生的底摩擦箱阻力驼超过涝极限亦值。·遣刚度摊验算结构弟刚度祖（支旁承方风式相雀关）羞和接闭触刚首度（袋导轨祸滚道亦）。**由此纲才能李完成碎滚珠屡丝杠淘副的叨选择任设计丝杠霉螺母醉传动栽的类季型与窃特点八、哨珠丝州杠副加的选盾择计卡算（一）查工作拘寿命聋选择各种彼机械天所用醋滚珠角丝械狸的工属作寿夺命见千表3圈-3西1推医荐寿灯命选臂择。（二）抵等效表轴向蹈动负凡荷根据嘴工作破条件尼折算稍所得门的等红效轴墙向动怜负荷似按下兽式计努算：式中翠fw——韵负荷拆性质离系数浩，查把表3造-3府2；ft——储温度吃系数捉，查勒表3辆-3舞3；fh——辨硬度盈系数侮，查游表3炊-3旁4；fa彻——拉精度紧系数晴，查踏表3积-3楼5；fk——侵可靠犁性系极数，源查表仍3-挣36Fm——衬等效蠢负荷井（N哥）；nm——浙等效搜转速披（r流/m浑in孩）。（三桶）等坡效负室荷和如等效典转速负荷劲交变姓和转惯速交受变的粱工作予条件近，必常须根茫据具杰体情遍况折御算成驱等效料负荷1）负荷絮不变慕而转剧速阶预段式唇变化枕，等俘效转且速按拆各转跳速所仅占的艇时间所百分肿比折胆算式中段t1%、烫t2%、专…、填tn%—诸—转右速n1、n2、…巷nn所占葵时间屿百分究比。2）堂转速止不变筝而负逼荷阶膝段式故变化捷，等看效负岭荷按蜡根据管疲劳大效果垄线性勿积累垒假设晶，按改各负福荷所决占的私时间照百分之比折舌算。式中职t1%、歉t2%、巨…、节tn%—青—负引荷F1、F2、…丽Fn所占末时间渔百分阿比。闪。3）负荷两、转渡速都好按阶扛段式恋变化漂，等镰效负版荷按悠下式绵折算式中邀n1、n2、…抛、nn——断轴向难负荷超F1、F2、…轻Fn作用属下的母转速当；t1、t2、…笋、tn——丘轴向口负荷粥F1、F2、…血Fn蚀作用醋下的陡时间胞。4）南负荷窜按单末调式凤变化盈，各怪种转饱速的俯使用合机会尽相等坡，等烂效负猫荷按锣下式斗计算绳。（四加）临秀界压尘缩负克荷和作临界扣转速1、县临界集压缩斩负荷绪轴向轮固定礼的长丝丙杠在承巩受压缩旷负荷时，墙应验义算其候压杆疗稳定饮性。点临界市压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