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

浮动式反向器内循环4、反向器5、弓形片簧1、丝杠2、螺母3、滚珠2、外芬循环展多圈剧一个艺循环漂，在诸循环屡过程殿中一论部分趣滚珠浴与丝裹杠脱膛离接希触。插管确式外烛循环端盖采式外剂循环无论是呢滑动丝勾杠还是扮滚动丝悉杠传动先，由于本在结构并上均存暂在一定津的轴向损间隙，显以及磨册损间隙酸的存在顺，为了向保证运违动传递舍的连续爬性和可蛇靠性，锯消除轴叉向间隙革并实施侮一定预师紧，有撕利于提焰高丝杠竹的传递援精度和阅一定的同承载能限力。消除讨和减尽小丝除杠轴睛向间钟隙的啊主要通方法担：主要胀分为故双螺娘母螺穿纹预卵紧调熊整、双螺吃母垫脉片式顽预紧议调整赶、双螺母杨齿差式凯预紧调伞整、弹簧式步自动预凳紧调整讯、单螺母跪变导程避预紧调牲整方式偿。（三佩）预础紧方蓄式（三）呆预紧方鞋式1、单妨螺母棒变位岁导程犯预紧蔬（B）议如视图形3-忍67所示详，在吃螺母蠢体内移将两疑个闭拖式滚值珠链卷中间盾过渡扩区域勇内整挣数倍次的基悼本导无程nP近h变为2、单烦螺母乎增大则钢球致直径爆预紧凳（Z）滚道诞截面须翅为双圆进弧，预圈紧力不周可太大茧，结构呈最简单肚，但预项紧力大妨小不能辱调整3、双螺昏母垫片判预紧（D）如图3-翁69所示，挎修磨垫姻片厚度邀，使两吩螺母的贸轴向距繁离改变裹。图3-猴69增a为拉伸把预紧，坟使用较睁多。图3-竹69内b为压处压缩盾预紧饿。垫昏片预思紧刚普度高您，但败高速怜不便罩，不染能随祸时调述隙预签紧。4、双螺帆母螺纹摊预紧（L）如刻图3-漆70所示喝，调染整圆温螺线蚕使丝叮杠右怜螺母站向右面，产菜生后虾伸预滋紧。决高速伏方便射，但能预紧秤量不丽易掌堆握。5、双泊螺母铺齿差姑预紧桑（C）如牲图3-说71所示，播两螺母供端面分不别加工页出齿数胆为的内斩齿圈，圆分别与令双联齿藏轮啮合辛。一般辞若两螺允母同向相各转过摩一个齿冷，则两阅螺母的适相对轴邀向位移甜为为导速程。）课调整精势确方便务，但结暴构较复陷杂。二、坏滚珠盟丝杠寨副的蔑精度滚珠丝和杠副根仇据使用昏范围及哨要求分躬为七个束精度等底级，即1、2、3、4、5、7、10级，1级最价高依居次递景减。数控机役床、精萍密机械倍或仪器逗选1、2、3级一般们动力肠传动肃选4、5级根据使慌用范围袍，滚珠泪丝杠副慕可分为拆定位P类和骑传动T类。且具体泪精度炊项目申分三屈类。（一屑）行般程偏顷差和缠行程伙变动烛量行程偏罗差按表3-盯25的规定古逐项检馅验有效颂行程酬按下播式计核算：式中——丝杠俊螺纹谎全长烦；——余程纯，见塔表3－26。（二苏）跳刻动和善位置诸公差跳动侧和位宇置公转差项策目有波：滚河珠丝贺杠螺千纹外窝径对役丝杠乡丰螺纹灭轴线镇的径竹向圆旨跳动目、滚糕珠丝叔杠支她承轴书颈对协丝杠回螺纹鼠轴线酱的径滋向圆颜跳动遇、滚意珠丝续杠支睬承轴泽颈肩粥面对约丝杠锣螺纹搬轴线扰的圆咳跳动缎、有殃预加迈载荷击的滚典珠螺评母安摩装端食面对嚼螺丝抢方轴莫线的广圆跳肉动、锄有预樱加载南荷的羊滚螺厚母安报装直迟径对荣丝杠篮螺纹挑轴线铁的径害向跳足动、潮有预填加载旨荷的雾滚珠归螺母灵定位稿杠螺致纹轴压线的锯平行双度等嚷。从有关赢标准表询中可查形得按规禁定的测破试方法巨、精度慌等级、盐公称直丸径、多陕次测量只间隔、故螺母直嫩径等参莫数的允饼差。(三)性能检咳验性能检震验项目在有：动奴态预紧饶转矩极扁偏差、集轴向接竞触刚度堪等。按杆规定的雕测试方盈法、精烘度等级坏和有关沈参数从辅相应标序准表中泛求得允戏差。三、望滚珠接丝杠肺副的搜尺寸轰与代绕号参数名晚称参数舟名称滚珠丝味杠副的凳型号根鞋据其结嫂构、规浊格、精掌度和螺服纹旋向途等特征疲，按下涨列格式黄编写：3、标锹注方捆法滚珠朋丝杠点副结浴构、赔规格泡、精扒度的虽标注幕方法曾如图当所示辩：螺纹旋付向，右灭旋不标检查姓项目阶编号精度杀等级滚珠硬总圈纽奉数基本载导程公称直港径预紧耽方式循环瞎方式外形结左构特征例：1、FC1B-6遵0×6-律5-聪E2左(汉江蔬机床丢厂)2、FF胖ZD异40×5-3缝-D3灰/14惊00×900（南京子工艺纤装备当厂）×四、滚胃珠丝杠间的支承片结构形傅式滚珠丝译杠副的姜支承，涛主要是护约束丝改杠的轴溉向窜动愿，其次衣才是径舞向约束灿。1、单瓦支承爸形式（1）双向膀推力固坑定（F）稳可用甜双向圆徐锥滚子钓轴承、草两个单家向圆锥规滚子轴义承反向借成组使泄用、双末向推力复角接触枝球轴承呀、两个百单向推刊力角接谨触球轴鸭承反向执成组使顿用、双支向推力睁球轴承详、两个拣单向推我力球轴煤承反向牺成组使隔用、滚购针和推珠力滚子皮组合轴察承（2）轴向筒游动简菠支（S）除可询用深常沟球蛾轴承凯、圆柴柱滚瞒子轴垒承等（3）单向快推力雁可抵用单向鞭圆锥滚至子轴承邪、单向兵推力角铃接触球确轴承。（4）自驰由端多（O）惠轴向和科径向均河无约束昆。2、两端狗支承形摊式（1）两按端固想定（倦双推——双推倚，F——积F）刚坡度最租高，饥进行进预拉嚷伸后钻可减砖少丝王杠自争重变忌形和象补偿堂热膨荐胀，桨使刚献度更轰高。斧用于忍高精忧度高仁刚度钞的工绩作条产件。芦这种葛形式搭结构题复杂川，工兆艺困港难，乡丰成本娇最高慕。双推——双推式牲结构形围式（2）一垄端固车定一匠端游雹动（衡双推——简支候，F——鞠S）如名图3-毛76所示假。丝骂杠有懒热膨搅胀的路余地。双向推予力球轴日承---圣-深沟球追轴承两个请单向司推力赖圆柱叉滚子梨轴承---断-深沟待球轴想承双推——简支掏式结砖构形犹式（3）两穴端均舍为单慈向推竖力（坝单推——单推颜，J—淡—J）如图3-痕77所示察。可捡根据锋预计疲温升恼产生务的热还膨胀暑量进录行预览拉伸。单推——单推式甩结构形慢式（4）一端猾固定一也端自由崖（双推——自由，F—命—O）如之图3-7纸8所示善。结淋构简拍单刚汤度、折临界店转速俘、压着杆稳秤定性许都较运低，真适用侵于较挣短和蓝竖直毕安装页的丝耽杠。双推——自由华式结趴构形样式机电工舅程系机茄械工程宝教研室五、滚珠丝歉杠副的扇制动装运置作用码：在叨垂直碗安装漂或在允高速联移动赠定位旱时，根防止晨滚珠登丝杠改副逆众转发涛生不浸安全迎事故技或定废位不须可靠脉（无壳自锁扫能力费）。摇常穷用：株超越廉离合沾器、衫双推归式电针磁离拿合器碌（制渗动器蛙）。超越绵离合咏器纯双推扇式电例磁离叠合器六、滚珠爪丝杠敏副的曲润滑吐与密初封润滑：主要半有脂谢润滑惨和滴去油润秃滑。密封尽：接触晶式密嫂封（若动或面静密仇封）草和非希接触隆式密垄封（迷宫弦式密矛封）触。防尘与按防护：折叠式环防尘套忍、伸缩姻式防尘暮套、伸城缩挡板烛防尘装珍置等。七、滚佳珠丝杠屿副的选什择方法1）滚痕珠丝薄杠副耻结构狭形式惧确定依据预耐紧条件盛和防尘依条件决缠定滚珠须丝杠副法的结构虎形式。单圆伍弧螺盾纹滚课道的衔单螺穗母丝既杠副——以动力棒传动为岸主，允志许传动膊存在一迅定间隙够，且垂乒直安装丘。常用私在高精改度压力膊设备上响（导向席精度由乡丰导轨保置证）。单圆楼弧螺摆纹滚红道的期双螺划母丝戚杠副——主要障用在口传递箱轻载药荷、庭对传凉递动根力的潜平稳麦性和兔丝杆尤刚度鉴要求贱比高偏（预电紧力辽较小安）的衔小型芒设备中上。双圆拴弧螺奇纹滚冻道的何双螺置母丝诸杠副——主要狮用于胃重载壁，以妄传递乐动力赵和运未动为乌主，驴对传奏递动脖力和桃运动惑的平妥稳性雷有较亏高的倒要求备，传被递精锁度高浅、丝伙杠刚渐度大塘防尘极效果刺好的壤高精设度机细器设箭备上甘。预紧原榆理盲预紧监结构2）滚珠餐丝杠副铺基本结连构尺寸徒的选择主要平依据杆滚珠员丝杠并副传碗递的昨最大贞载荷妨、运供动特箩性（孔传递件速度餐）和功范围纠（有滚效行盏程）辜、传拘递精让度要权求，优选定吧滚珠宁丝杠桶副的隔公称害直径执、基堡本导耳程以犁及传玻递精兆度等州级。·公称周直径红大，鄙承载骡能力徐强；示反之励，承收载能熟力弱诞。·基本导鼠程大，狼承载能钻力强，牧传动速逝度快，吼传动精盼度降低碑；反之升，承载登能力减水弱，传形动速度哄慢，传杨动精度画高。·传递精衬度：决把定设备烛静态定齿位和运罩动精度量、动态卖响应特驰性、动说态稳定贱特性。滚珠丝暴杠螺母爪传动机脆构的规廊格尺寸柳举例3）滚珠死丝杠副细的选择滋设计验盟算步骤依据疼最大贝工作腊载荷(N)或平均早工作载党荷(N)作用渠下的竞使用辟寿命T(h)、丝杆爹有效工骡作行程(m合m)、丝杠承转速(r/峰min曾)或平抱均转卵速(r/库min村)、滚源道硬腹度HRC以及工屯况等实朽际工作镇条件，要进行一吉系列的嫌验算。·承载能窜力计算忧与滚珠祝丝杠副血型号选享择在最大傻静载荷胸和动载分荷条件核下，进患行弯曲钞强度、棚接触应还力强度精、疲劳茄强度等程验算，停综合决裕定选择毙滚珠丝寺杠副型跌号。·压杆备稳定潮性验蜓算或筹校核压杆稳表定性验敲算或校码的基本大要求是让不影响凝滚珠丝渠杠副的千精度和膏变形附聋加载荷疾产生的组摩擦阻颗力超过才极限值展。·刚度霜验算结构洒刚度皂（支斜承方劲式相卫关）笨和接平触刚静度（承导轨猪滚道挪）。**由此才茄能完成捎滚珠丝驾杠副的陷选择设鸽计丝杠仿螺母读传动勒的类错型与互特点八、答珠丝歪杠副索的选坏择计俩算（一）琴工作题寿命停选择各种大机械颈所用悔滚珠浅丝械雕的工走作寿赠命见廉表3-乒31推荐寿无命选择辉。（二）东等效妙轴向阻动负怜荷根据工殊作条件催折算所棒得的等燥效轴向喝动负荷餐按下式呆计算：式中fw——负荷性妙质系数氏，查表3-院32；ft——温度系锹数，查颗表3-涛33；fh——硬度特系数规，查梢表3-3陵4；fa——精度船系数免，查祝表3-亩35；fk——可靠性马系数，驳查表3-3崇6Fm——等效负糕荷（N）；nm——等效服转速川（r/m葱in）。（三）芳等效负衣荷和等城效转速负荷交援变和转译速交变约的工作奴条件，论必须根步据具体圣情况折鹿算成等乒效负荷1）负荷不拾变而转判速阶段源式变化各，等效菌转速按萝各转速港所占的设时间百此分比折兰算式中t1%、t2%、…、tn%——转速n1、n2、…nn所占章时间若百分耽比。2）转速登不变而纵负荷阶侮段式变龄化，等巡寿效负荷肉按根据烦疲劳效勤果线性冰积累假熄设，按筑各负荷切所占的霉时间百芦分比折剥算。式中t1%、t2%、…、tn%——负荷F1、F2、…Fn所占时幼间百分锹比。。3）负荷晕、转浅速都伟按阶番段式补变化巧，等洁效负略荷按留下式纹折算式中n1、n2、…、nn——轴向负忆荷F1、F2、…Fn作用腐下的称转速链；t1、t2、…、tn——轴向负艇荷F1、F2、…Fn作用消下的间时间隐。4）负凶荷按田单调桥式变奋化，铲各种戚转速寨的使说用机行会相辛等，螺等效却负荷污按下蒜式计不算。（四俊）临迅界压骄缩负距荷和纵临界激转速1、临界优压缩负齿荷钓轴向固追定的长丝杠在承受压缩负陶荷时，应饱验算其励压杆稳鲁定性。抚临界压腊缩负荷Fc亚r按下式掠计算式中E——材料的赤弹性模毕量，I—陡—丝杠伤最小旱截面俩惯性强矩，L0王——最大锻受压古长度集（m）；K1焰——安全系坝数，可葡取K1减=1享/3；Fma据x——最大纵轴向拨工作常负荷必（N）；f1视——丝杠支贴承方式滥系数，取见表3-3热0。将上冰述各稀值代摸入临西界压持缩负破荷公款式后在，该要公式雄可简凤化为薯：2、临航界转擦速长丝竹杠在高速下工浪作，犹为防救止弯雁曲共领振，天应验牵算其翼临界储转速式中A—死—丝杠置最小拔截面袭积，Lc——临界转借速计算绘长度（m）；ρ——材料的寇密度，ρ钢=7.砌8×1安03（kg悉/m滨3）nma伪x——最高予工作圈转速鹿（r/m园in）；K2——安全厚系数威，可防取K2=丈0.8。f2——丝杠属支承芒方式胖系数坐，见疾表3-3控0。将上炊述各臭值代垒入后哄可简垒化为现：滚珠辟丝杠妻另一萌需验罩算的嗽临界怖值为don≤广70扭00挪0（mm袜·r/m笨in）（五）亲滚珠斤丝杠竖副的竿系统郊刚度退和固坟有频阁率滚珠颂丝杠象副的消拉压系统护刚度影响戒系统欺的定位精搅度和轴超向拉奥压振蚕动固有频亭率，其扭插转刚度极影响扭烛转振动物固有频肃率。承的受轴向茎负荷的盏滚珠丝码杠副的趟拉压系端统刚度Kc由丝杠岸本身的践拉压刚灾度Ks、丝杠谜副内滚位珠与滚匠道的接竞触刚度Kc、轴损承的至接触荒刚度KB、螺环母座窑的刚辱度KH，按表3-声30中不边同支遭承组墓合方什式的胃计算蒙公式蕉而定晶。扭尤转刚趁度按秀丝杠震的参井数计逮算。1、丝杠型本身的赠拉压刚去度和弹匠性变形乎支情承组合丛形式为F——敬S或F—照—O的丝庄杠，副弹性受变形δs和拉副压刚朵度Ks为：式中F——轴向瓜负荷胳（N）；a——螺母至秀轴向固懂定处的厚距离（m）。当a=ama盏x时，舅弹性鲁变形脆最大叙，刚垄度最惜小：支承搬组合晴形式睁为F——商F的丝炉杠，社弹性宴变形δs和拉压互刚度Ks为式中l—以—两支浇承间柿距（m）两端滚处α=泥0或α=L，δSF=0，中点俱处α=疗½,δSF=δSf特ma涉x，KSF=KSfm须in；比较吨以上名两种窝支承庆组合鸟，可享知:2．丝鼠杠副需内滚贿珠与层滚道丈的接甩触刚氧度紫丝民杠副况内滚轮珠与天滚道捧的接掘触刚烂度Kc可按旬滚珠舍丝杠术副的姨型号欣查样舒本，您或按筐有关煮公式话进行篇计算借。若近似像计算，赠可按线腐性插入寄法在下箩列范围汉内求取耻：3．轴探承的巧接触铸刚度凭轴承狂的接倡触刚导度KB可按轴冤承型号功查样本巴，或按派有关公恢式进行坛计算。若近似具计算，努可按线隐性插入过法在下铸列范围厨内求取洗：4．螺母塞座的刚闸度悠轴承的辨接角刚纱度KH，可散用有翠限元血法进党行计陡算。普若结山构设阿计刚浮度很翠高，购则其削弹性阳变形睡可忽雀略不勉计。若近广似计让算可国取5．丝匙杠的青扭转蚕刚度暮丝杠输的扭削转刚呀度KT由下渡式计议算：式中G——钢的穴剪切睬弹性躁模量握，G=归8×语10挠4M厘Pa；dm——丝杠平完均直径回，6．丝杠座系统轴霞向拉压度振动的逐固有频标率腊丝杠系生统轴拉弊压振压抛振动的伙固有频留率按下肾式计算阴：式中m——丝杠末洋端的运隐动部件茂与工件践的质量炭和；Kc——丝杠浆系统坦轴向桑拉压黄总刚匀度，摸不同秧的支根承组莲合方债式的Ke计算嚷公式役为：7．丝杠斑系统扭下转振动加的固有肯频率臂丝杠铃系统扭自转振动粥的固有谣频率按模下式计茂算：式中JW政——运动承部件森重量茄换算序到丝浴杠轴衔上的黄转动然惯量数。Jz——丝杠上妈传动件月的转动帜惯量；J3熄——丝杠的皂转动惯