第二章 机械受控模块 (机电一体化系统设计)

第二章机械受控模块第二章机械受控模块第一节齿轮系及蜗杆副

机械传动主要有齿轮、蜗杆传动，丝杆螺母传动和谐波传动三种形式。齿轮传动的主要精度要求是瞬时传动比不变，即，主动轮作匀速转动时，从动轮也作匀速转动。理论上，摆线、渐开线的各种应用曲线都能够满足要求。但是由于加工、装配及运行误差，使得从动轮的实际转速变得忽快忽慢，在一转范围内的实际转角与理论转角之间存在偏差。这不仅影响传动精度，而且也影响工作平稳性。第二章机械受控模块第一节齿轮系及蜗杆副一、分类及选用第二章机械受控模块第一节齿轮系及蜗杆副二、齿轮系传动比最佳分配条件第二章机械受控模块第一节齿轮系及蜗杆副三、齿轮副间隙的消除

齿轮副的间隙使得在传动过程中，主动轮突然改变旋转方向时，从动轮不能立即随之反转，而是有一个滞后量，造成齿轮传动的回差。这种非线性因素将会影响全闭伺服系统的稳定性。第二章机械受控模块第一节齿轮系及蜗杆副三、齿轮副间隙的消除常用的齿轮传动间隙的调整方法

圆柱齿轮传动1）偏心套调整法2）轴向垫片调整法3）双片薄齿轮错齿调整法斜齿轮传动双片薄齿轮错齿调整法第二章机械受控模块

如图所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮4装在电机输出轴上，并将电机2安装在偏心套1(或偏心轴)上，通过转动偏心套(偏心轴)的转角，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。第二章机械受控模块

如图所示，齿轮1和2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3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套(轴)调整法。第二章机械受控模块第二章机械受控模块1-短柱；2-弹簧；3、4-薄片齿特点：输出扭矩小，适用于读数装置而不适用于驱动装置第二章机械受控模块可调拉簧式这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一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，反向时不会出现死区。

第二章机械受控模块斜齿轮传动

消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。第二章机械受控模块第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副1、滚珠丝杠副的组成及特点（1）组成第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副1、滚珠丝杠副的组成及特点（1）组成螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副滚珠丝杠螺母副的组成：

带螺纹槽的丝杠

带螺纹槽的螺母

滚珠

反向器第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副1、滚珠丝杠副的组成及特点（2）特点优点：1）传动效率高（

>0.9)2）轴向刚度高3）运动平稳，传动精度高4）磨损小，寿命长缺点：1）不能自锁2）结构复杂第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2、滚珠丝杠副的典型结构类型

1）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2、滚珠丝杠副的典型结构类型

1）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2、滚珠丝杠副的典型结构类型

单圆弧型特点：接触角随轴向载荷的变化而变化第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2、滚珠丝杠副的典型结构类型

双圆弧型特点：

角基本保持不变，加工成本高第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2、滚珠丝杠副的典型结构类型

1）滚珠的循环方式内循环外循环第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副1）内循环滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。丝杠螺母滚珠反向器第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副浮动式反向器的循环丝杠螺母滚珠反向器第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副特点：滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；螺母的径向尺寸小，加工困难，装配调整不易；适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2）外循环滚珠在循环过程中脱离过丝杠。螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副3、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧保证反向传动精度轴向间隙调整的目的：预紧目的：提高刚度第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（1）双螺母螺纹预紧调整法第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量调整第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（2）双螺母齿差预紧调整法第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（2）双螺母齿差预紧调整法特点：可实现定量调整，使用中调整方便；

两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（3）双螺母垫片预紧调整法

结构简单，刚性高，预紧可靠，但使用中调整不方便第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（4）弹簧式自动调整预紧式

能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙，但结构复杂，轴向刚度低；适用于轻载场合。第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副采用方法：（5）单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式

结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副4、滚珠丝杠副支承方式的选择

采用推力轴承为主的轴承组合来提高轴向刚度。

第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副（1）支承方式1）双推-自由式特点：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统；当丝杠垂直安装时，必须采用制动装置。第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副2）双推－简支式特点：预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副3）单推－单推式特点：轴向刚度较高，预紧力大，寿命低第二章机械受控模块第二节滚珠丝杆螺母副4）双推－双推式特点：适合于高刚度，高速度，高精度的精密丝杠传动系统。第二章机械受控模块第三节谐波齿轮减速器1、刚轮2、柔轮3、波形发生器第二章机械受控模块第三节谐波齿轮减速器工作过程实用产品第二章机械受控模块第三节谐波齿轮减速器第二章机械受控模块第四节轴系一.轴系设计的基本要求

轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。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(力矩)。对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。第二章机械受控模块第四节轴系旋转精度

是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下，轴前端的径向跳动和轴向窜动量。轴系的刚度

反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。轴系的振动

表现为强迫振动和自激振动两种形式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。轴系的受热

会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承载能力降低。第二章机械受控模块第四节轴系滚动摩擦支承1．组成：外圈，内圈，滚动体和保持架通常内圈装在轴颈上随轴一起旋转，外圈与轴承座孔装在一起支承作用。第二章机械受控模块第四节轴系2．滚动轴承的类型按滚动体的形状：1）球轴承（滚珠轴承）

2）滚子轴承（圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针轴承）

球轴承——承载能力低，极限转速高滚子轴承——承载能力高，极限转速低

第二章机械受控模块第四节轴系按承载情况:1）向心轴承——主要承受径向载荷2）向心推力轴承——同时承受径向和轴向载荷3）推力轴承——主要承受轴向载荷第二章机械受控模块第四节轴系滑动摩擦支承轴系液体动压支承气体动压支承液体静压支承气体静压支承第二章机械受控模块第五节导轨及支承件一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件1、导轨副的组成

承导件

运动件导轨副运动件承导件第二章机械受控模块第五节导轨及支承件一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件2、导轨副的分类（1）按运动轨迹分直线运动导轨副回转运动导轨副第二章机械受控模块第五节导轨及支承件直线运动导轨副第二章机械受控模块第五节导轨及支承件回转运动导轨副第二章机械受控模块第五节导轨及支承件（2）按接触面的摩擦性质分第二章机械受控模块第五节导轨及支承件滚珠导轨滚柱导轨滚动轴承导轨液体静压导轨第二章机械受控模块第五节导轨及支承件（3）按导轨副的截面形状分三角形矩形燕尾形圆形每种又分为凸形和凹形第二章机械受控模块第五节导轨及支承件对称三角形45o900~1200凸形凹形第二章机械受控模块第五节导轨及支承件燕尾形550550凸形凹形第二章机械受控模块第五节导轨及支承件矩形凸形凹形第二章机械受控模块第五节导轨及支承件圆形凸形凹形第二章机械受控模块第五节导轨及支承件（4）按结构特点分为开式导轨闭式导轨第二章机械受控模块第五节导轨及支承件开式导轨

借助重力或弹簧力保证运动件与承导面之间的接触。开式圆柱面导轨开式“V”形导轨第二章机械受控模块第五节导轨及支承件闭式导轨只靠导轨本身的结构形式保证运动件与承导面之间的接触。闭式圆柱面导轨闭式直角导轨第二章机械受控模块第五节导轨及支承件滚动导轨副的结构分类第二章机械受控模块第五节导轨及支承件（1）滚动体不循环

行程不能太长，结构简单，制造容易，成本较低，但施加预紧力较难，刚度较低，抗振性差，不能承受冲击载荷第二章机械受控模块第五节导轨及支承件1）滚珠导轨运动件滚珠承导件特点：摩擦小，但承载能力差，刚度低，不能承受大的颠覆力矩和水平力。适用于载荷不超过200N的小型部件第二章机械受控模块第五节导轨及支承件2）滚柱导轨运动件滚柱承导件特点：承载能力和刚度比滚珠导轨副要高，导向性能也高；对安装精度的要求