任务1-齿轮传动的结构与原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目二,机械部件选型设计及调整,电气工程学院机电一体化教学团队,任务,1,齿轮传动的结构、原理与实践,新课,导入,提问,1:,机电一体化系统应包括的基本要素有哪些？,问题,2,：,机电一体化系统中机械部件的作用？,齿轮传动,主体讲解,:,机械部件,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,机械部件作用：,传递运动和负载、匹配转矩和转速,隔离环境温度和振动,支承和防护等特殊的作用和功能,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,机械部件组成,1,、传动机构,作用：,转速、转矩和方向的变换器，,伺服系统重要组成部分。,要求：高传动精度，轻量、高速、低噪声和高可靠性。,2,、支承导向机构,提供支承和导向，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,一般指导轨、轴承、机座等。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,1.2,机械传动部件,系统对机械传动部件要求,响应特性,传动精度,稳定性,问题：实现的方法是什么？,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,采用低摩擦阻力的传动部件和导向部件,缩短传动链，提高传动和支承刚度。,选择最佳传动比，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，提高加速能力。,缩小反向死区误差,改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪音。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,机械传动系统应用及优点分析,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,机械传动系统应用及优点分析,传动类型,传动形式,摩擦传动,摩擦轮传动,带传动,啮合传动,普通齿轮传动,行星齿轮传动,谐波齿轮传动,蜗杆副传动,普通螺旋传动（丝杠螺母机构）,滚珠丝杠螺母副传动,链传动,齿带传动,推压传动,凸轮机构,棘轮机构,连杆机构,液压传动，气压传动,i=n1/n2=z2/z1,总结：齿轮传动优点 瞬时传动比恒定、传动精度高、可以做到零侧隙无回差，强度高承载能力大、传动效率高、结构成熟等，故 在机电一体化产品中占据着重要的地位,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析方法 分析实例 小组选择设计内容,1.3,齿轮传动的有关计算,伺服系统,减速增距,，往往由数对啮合齿轮组成减速箱。,要求,？,1,、转动惯量尽可能小,实现驱动负载的高加速度,2,、传动比匹配选择及各级传动比的合理分配,-,使机电系统获得较好的动态性能,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析计算 应用案例,机械传动设计中知识点,等效转动惯量,总传动比,传动比分配,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析计算 应用案例,2,转动惯量及传动比,物体转动时惯性的度量，转动惯量越大，物体的转动状态越不容易改变。转动惯量和质量一样，是保持匀速运动或静止的特性，用字母,J,表示。,同样的行驶速度，刹车距离和质量有关吗？,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动,分析计算 应用案例,2.1,转动惯量计算常用公式,圆柱体转动惯量（,kg,m,2,）,式中，,m,一质量，单位,kg,；,R,一圆柱体半径，单位,m,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,2.2,等效转动惯量,利用能量守恒定理，将传动系统的各个运动运动部件的转动惯量折算到特定轴（一般是电机轴）上，获得整个传动系统在特定轴上的转动惯量之和，称为等效转动惯量。,相邻两轴，后轴向前轴转动惯量的折算：,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,2.2,等效转动惯量,直线移动工作台折算到丝杠上的转动惯量计算：导程为,L,的丝杠，驱动质量为,m,（含工件质量）的工作台往复移动，其传动比：,i=2/L,则：工作台折算到丝杠上的转动惯量为,L,为丝杠导程，单位,m,；,m,工作台及工件的质量，单位,kg,。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,2.2,等效转动惯量,机械传动系统转动惯量过大会导致机械负载增加，功率消耗加大；系统响应速度变慢，灵敏度降低；系统固有频率下降，容易产生谐振等不利影响。因此，在不影响系统刚性的前提下，系统的等效转动惯量应尽可能小。,一般情况下，负载等效转动惯量,JL,电机转动惯量,JM,、电机的可控性好、系统的动态特性好。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,【,例,】,一工作台传动系统如图,1,所示，已知，丝杠的螺距,L,为,5mm,，工作台的质量,m,为,400kg,，齿轮,Z,1,、,Z,2,、,Z,3,、,Z,4,及丝杠的转动惯量,J,分别为：,0.01kgm,2,、,0.15kgm,2,、,0.02kgm,2,、,0.33 kgm,2,、,0.012kgm,2,，电动机的转动惯量为,0.22 kgm,2,，求折算到电动机轴上的总等效转动惯量。,2.2,等效转动惯量,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,转动惯量测量,问题：,转动惯量,匹配原则？,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算,应用案例,惯量匹配问题,查询资料，回答：,转动惯量在中小电动机选择中有作用吗？,课下自主阅读相关内容，必读文献推荐：,惯量匹配在改善数控龙门镗铣床性能中的作用,.pdf,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例,2.3,传动比分配原则,总传动比：,在伺服系统中，通常采用,负载角加速度最大原则,选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。,电机、传动装置和负载的传动模型,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例,结论,:,齿轮系总传动比,i,的最佳值时，换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量，此时，电动机的输出转矩一半用于加速负载，一半用于加速电动机转子，达到了惯性负载和转矩的最佳匹配。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,工作条件要求,可选用的设计原则,传动精度要求高,输出轴转角误差最小的原则,动态性能好、运转平稳,等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则,启停频繁,质量尽可能小,质量最小原则设计,2.3传动比分配原则,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,小功率传动装置,2.4,等效转动惯量最小原则分配传动比,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,等效到电机轴上的总转动惯量为：,2.4,等效转动惯量最小原则分配传动比,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,对于,n,级齿轮系同类分析可得：,按照此原则计算的各传动比按“前小后大”次序分配，以确保结构的紧凑，降低传动误差。,2.4,等效转动惯量最小原则分配传动比,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,以上是已知传动级数进行各级传动比的确定。,若以传动级数为参变量，齿轮系中折算到电动机轴上的等效转动惯量,J,e,与第一级主动齿轮的转动惯量,J,1,之比为,J,e,/J,1,，其变化与总传动比,i,的关系如图,4-1.4,所示。,2.4,等效转动惯量最小原则分配传动比,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,图,1,小功率传动装置确定传动级数曲线 图,2,大功率传动装置确定传动级数曲线,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,等效转动惯量最小原则：,大功率传动装置,大功率传动装置传递的扭矩大，各级齿轮副的模数、齿宽、直径等参数逐级增加，各级齿轮的转动惯量差别很大。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,例,2,设有,i=256,的大功率传动装置，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。,解：查图,4-1.5,，得,n=3,时，,Je/J,1,=70,；,n=4,时，,Je/J,1,=35,；,n=5,时，,Je/J,1,=26,。为兼顾到,Je/J1,值的大小和传动装置结构紧凑，选,n,4,。,查图,4-1.6,，得,i,1,3.3,。,查图,4-1.7,，在横坐标,i,k,1,上,3.3,处作垂直线与,A,线交于第一点，在纵坐标,i,k,轴上查得：,i,2,3.7,。通过该点作水平线与,B,曲线相交得第二点,i,3,4.24,。由第二点作垂线与,A,曲线相交得第三点,i,4,4.95,。,验算,i,1,i,2,i,3,i,4,256.26,。满足设计要求。,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,3,、齿轮副间隙的调整,3.1,刚性调整法,调整中心距法、选择装配法、带锥度齿轮法和斜齿轮法。,调整中心距法结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,带锥度齿轮法结构,斜齿轮法结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,3.2,柔性调整法,通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮的两侧，以消除齿轮的间隙。,拉簧消除间隙结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,碟形弹簧消除间隙结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,压簧消除间隙结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,单面接触消除间隙结构,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,齿轮齿条传动消除间隙原理,齿轮传动,主体讲解,:,机械传动 分析计算 应用案例 传动比分配,实训室设备间隙调整方法讨论,讨论及展示,作业,1.,试述齿轮传动的总等效惯量与传动级数之间的关系,2.,某齿轮系中，设,i,=65,，传动级数,n=3,的小功率传动，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。并验算之。,3.,某大功率机械传动装置，已知总传动比,I=100,，传动级数,3,，试按最小等效传动惯量原则分配各级传动比。,4,齿轮传动的总等效惯量随传动级数的 （）,A.,增加而减小,B.,增加而增加,C.,减小而减小,D.,变化而不变,5,齿轮传动的总等效惯量与传动级数 （）,A.,有关,B.,在一定级数内有关,C.,无关,D.,在一定级数内无关,作业,教师总结及评价,教师总结及评价,