2.2--机械传动部件的选择.ppt

2.2 2.2 机械传动部件的选择设计机械传动部件的选择设计一一 机械传动部件及其功能要求机械传动部件及其功能要求主要功能主要功能:传递转速和转矩传递转速和转矩目的目的:使驱动元件与负载在转速和转矩方面得到使驱动元件与负载在转速和转矩方面得到最佳匹配最佳匹配设计原则设计原则:传动间隙小、精度高、体积小、重量传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大。轻、运动平稳、传递转矩大。发展方向发展方向:精密化，高速化，小型化，轻量化精密化，高速化，小型化，轻量化2.2 机械传动部件的选择设计机械传动部件的选择设计二、丝杠螺母机构的基本传动形式二、丝杠螺母机构的基本传动形式1.1.主要用于旋转运动和直线运动间的变换主要用于旋转运动和直线运动间的变换。有的以传递能量为主（千斤顶、螺旋压力机），有的以传递能量为主（千斤顶、螺旋压力机），有的以传递运动为主（工作台进给丝杠），还有的以传递运动为主（工作台进给丝杠），还有调整零件间相对位置的螺旋传动机构。有调整零件间相对位置的螺旋传动机构。2.2.有滑动摩擦（有滑动摩擦（滑动丝杠螺母机构）滑动丝杠螺母机构）和滚动摩擦和滚动摩擦（滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构）之分）之分 n滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造：结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低动效率低(3040)。n滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：应有足够的滑移间隙和充分的润滑，热胀冷缩补应有足够的滑移间隙和充分的润滑，热胀冷缩补偿空间；因而存在一定的空回间隙。偿空间；因而存在一定的空回间隙。滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构：结构复杂、制造成本高，但：结构复杂、制造成本高，但其摩擦阻力矩小、传动效率高其摩擦阻力矩小、传动效率高(9298)、传动精度高、工作寿命长。因此在机电一体化传动精度高、工作寿命长。因此在机电一体化系统中得到广泛应用。在数控机床上采用的都系统中得到广泛应用。在数控机床上采用的都是是滚珠丝杠螺母机构。滚珠丝杠螺母机构。滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力，可实现无间隙工作；因而存在一定的表能力，可实现无间隙工作；因而存在一定的表面应力；为了实现连续运转，需滚珠的回珠装面应力；为了实现连续运转，需滚珠的回珠装置（内或外）。置（内或外）。二 丝杠螺母机构的基本传动形式基本传动形式基本传动形式二、丝杠螺母机构的基本传动形式差动传动原理差动传动原理1-螺母；螺母；2-丝杠丝杠三、滚珠丝杠副传动部件1、滚珠丝杠副的组成及特点、滚珠丝杠副的组成及特点1.1.反向器反向器 2.2.螺母螺母 3.3.丝杆丝杆 4.4.滚珠滚珠2、滚珠丝杠副的典型结构类型(1)螺纹螺纹滚道型面滚道型面(法向法向)的形状及主要尺寸的形状及主要尺寸a).a).单圆弧形单圆弧形 b).b).双圆弧形双圆弧形-接触角，一般为接触角，一般为4545度度增大时，传动效率，轴向刚增大时，传动效率，轴向刚度，承载能力随之增大度，承载能力随之增大单圆弧形单圆弧形：加工成型简单，但加工成型简单，但随间隙和轴向载荷而变化。随间隙和轴向载荷而变化。双圆弧形双圆弧形：基本不变，滚珠基本不变，滚珠与滚道底部不接触，滚道底部与滚道底部不接触，滚道底部可贮油和脏物，减小摩擦。但可贮油和脏物，减小摩擦。但修整、加工、检验均较困难。修整、加工、检验均较困难。2、滚珠丝杠副的典型结构类型(2)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式内循环内循环:滚珠在循环过程中始终与滚珠在循环过程中始终与丝杆表面保持接触丝杆表面保持接触.在在螺母螺母2 2的侧面孔内装有接通相邻滚道的的侧面孔内装有接通相邻滚道的反反向器向器4 4，利用反向器引导，利用反向器引导滚珠滚珠3 3越过越过丝杆丝杆1 1的的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有路。一般在同一螺母上装有2 24 4个滚珠用个滚珠用反向器，并沿螺母圆周均匀分布。反向器，并沿螺母圆周均匀分布。优点优点:滚珠循环的回路短、流畅性好、效率滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。高、螺母的径向尺寸也较小。不足不足:反向器加工困难、装配调整也不方便。反向器加工困难、装配调整也不方便。2、滚珠丝杠副的典型结构类型(2)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式外循环外循环:滚珠在循环返向时，离开滚珠在循环返向时，离开丝杆螺纹滚道，在螺母体内丝杆螺纹滚道，在螺母体内或或体外体外作循环运动作循环运动。1)螺旋槽式螺旋槽式1-套筒套筒 2-螺母螺母 3-滚珠滚珠 4-挡珠器挡珠器 5-丝杆丝杆优点优点:工艺简单、径向尺寸小、易于工艺简单、径向尺寸小、易于制造制造.缺点缺点:挡珠器刚性差、易磨损挡珠器刚性差、易磨损2、滚珠丝杠副的典型结构类型(2)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式2)插管式插管式用一弯管用一弯管1代替螺纹凹糟，弯管的代替螺纹凹糟，弯管的两端插入与螺纹滚道两端插入与螺纹滚道5相切的两个相切的两个内孔，用弯管的端部引导滚珠内孔，用弯管的端部引导滚珠4进进入弯管，构成滚珠的循环回路，入弯管，构成滚珠的循环回路，再用压板再用压板2和和螺钉将弯管固定和和螺钉将弯管固定1-弯管弯管 2-压板压板 3-丝杆丝杆4-滚珠滚珠 5-滚道滚道优点优点:结构简单、易于制造结构简单、易于制造.缺点缺点:径向尺寸大、弯管端部易磨径向尺寸大、弯管端部易磨损损2、滚珠丝杠副的典型结构类型(2)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式3)端盖式端盖式在在螺母螺母1上钻出纵向孔作为滚子回上钻出纵向孔作为滚子回程滚道，螺母两端装有两块扇形盖程滚道，螺母两端装有两块扇形盖板成板成套筒套筒2，滚珠的回程道口就在，滚珠的回程道口就在盖板上。滚道半径为滚珠直径的盖板上。滚道半径为滚珠直径的1.4-1.6倍。倍。优点优点:结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好缺点缺点:滚道吻接和弯曲处圆角不易准滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能，故应用较少。确制作而影响其性能，故应用较少。3、滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径公称直径d0:指滚珠与螺纹滚道在理论指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径径.是滚珠丝杠副的特征是滚珠丝杠副的特征(或名义或名义)尺寸。尺寸。基本导程基本导程Ph(或螺距或螺距t)：指丝杆相对指丝杆相对于螺母旋转于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点弧度时，螺母上基准点的轴向位移。的轴向位移。行程行程l:它指丝杆相对于螺母旋转任意它指丝杆相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。弧度时，螺母上基准点的轴向位移。丝杆螺纹大径丝杆螺纹大径d,丝杆螺纹小径丝杆螺纹小径d1,滚滚珠直径珠直径db,螺母螺纹大径螺母螺纹大径D、螺母螺纹、螺母螺纹小径小径D1、丝杆螺纹全长、丝杆螺纹全长l s等。等。基本导程的大小应根据机电一体化产基本导程的大小应根据机电一体化产品品(系统系统)的精度要求确定的精度要求确定,精度要求高精度要求高时应选取较小的基本导程时应选取较小的基本导程4、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法精度等级精度等级:1、2、3、4、5、7、10。1级最高，级最高，10级最低。级最低。推荐采用的精度等级推荐采用的精度等级:数控机床、精密机床和精密仪器等用数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用要求可选用1、2、3级，一般动力传动可选用级，一般动力传动可选用4、5级，全级，全闭环系统可选用闭环系统可选用2、3、4级。级。5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧预紧目的预紧目的:消除轴向间隙消除轴向间隙,提高提高传动支承刚度传动支承刚度 (1)双螺母螺纹双螺母螺纹预紧调整式预紧调整式：特点特点:结结构简单、刚性好、构简单、刚性好、预紧可靠，使用中调整方预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地进便，但不能精确定量地进行调整。行调整。双螺母螺纹预紧调整式双螺母螺纹预紧调整式1-锁紧螺母锁紧螺母 2-调整螺母调整螺母 5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 (2)双螺母齿差双螺母齿差预紧调整式预紧调整式：Z1,Z2:两个螺母端部圆柱齿轮的齿数两个螺母端部圆柱齿轮的齿数 Z2=Z1+1相对轴向位移相对轴向位移：=(Ph/Z1-Ph/Z2)=(Ph/Z1*Z2)1-套筒套筒 2-内齿轮内齿轮 3-螺母螺母 4-丝杆丝杆特点特点:可实现定量可实现定量调整即可进行精调整即可进行精密微调，使用中密微调，使用中调整较方便调整较方便5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧(3)双螺母垫片双螺母垫片调整预紧式调整预紧式：双螺母垫片调整预紧式双螺母垫片调整预紧式 1-垫片垫片 2-螺母螺母 特点特点:结构简单、刚性好、预紧可靠，但使用中调整不方便。结构简单、刚性好、预紧可靠，但使用中调整不方便。5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 (4)弹簧式自动弹簧式自动调整预紧式调整预紧式：特点特点:能能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙间隙，但结，但结构复杂、构复杂、轴轴向刚度低，适合用于轻向刚度低，适合用于轻载载场合场合.5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧(5)(5)单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式：单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式：特点特点:结构简单紧凑，但使用中不能调整，且制造困难结构简单紧凑，但使用中不能调整，且制造困难.单螺母变位导程自预紧式单螺母变位导程自预紧式6、滚珠丝杠副支承方式选择 （1 1）支承方式：支承方式：单推单推-单推式：单推式：止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力并施加预紧力特点特点:轴轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推一双推式低。命比双推一双推式低。6、滚珠丝杠副支承方式选择 双推双推-双推式：双推式：两端分别安装止推轴承与深沟两端分别安装止推轴承与深沟球轴承的组合，并施加预紧力球轴承的组合，并施加预紧力特点特点:其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高转速、高精其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高会使丝杠的预紧度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不对称力增大，易造成两端支承的预紧力不对称。6、滚珠丝杠副支承方式选择 双推双推-简支式：简支式：一端安装止推轴承与深沟球轴一端安装止推轴承与深沟球轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承承的组合，另一端仅安装深沟球轴承特点特点:其其轴轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响。适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统6、滚珠丝杠副支承方式选择 双推双推-自由式：自由式：一端安装止推轴承与深沟球轴一端安装止推轴承与深沟球轴承的组合，另一端悬空成自由状态承的组合，另一端悬空成自由状态特点特点:轴向刚度和承载能力低，多用于轻裁、低速的垂直安装轴向刚度和承载能力低，多用于轻裁、低速的垂直安装的丝杠传动系统。的丝杠传动系统。6、滚珠丝杠副支承方式选择 （2 2）制动装置）制动装置 滚珠丝杠无自锁作用，故在垂直安装状态，必须设置防滚珠丝杠无自锁作用，故在垂直安装状态，必须设置防止因驱动力中断而发生逆传动的自锁、制动或重力平衡止因驱动力中断而发生逆传动的自锁、制动或重力平衡装置装置1-1-外圈外圈 2 2星轮星轮 3-3-滚柱滚柱4-4-活销活销 5-5-弹簧弹簧超越离合器超越离合器6、滚珠丝杠副支承方式选择、滚珠丝杠副支承方式选择 （2 2）制动装置）制动装置1-1-铁芯铁芯 2 2电磁线圈电磁线圈 3-3-弹簧弹簧4-4-摩擦离合器摩擦离合器 5-5-电机电机 6-6-滚珠丝杠副滚珠丝杠副 7-7-上下运动部件上下运动部件电磁摩擦制动装置电磁摩擦制动装置7、滚珠丝杠副的密封与润滑 滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封来滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封来防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度、延长其使用寿命。精度、延长其使用寿命。密封圈有接触式和非接触式两种，将其装在密封圈有接触式和非接触式两种，将其装在滚珠螺母的两端即可。滚珠螺母的两端即可。防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板式。伸缩挡板式。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。8、滚珠丝杠副的选择方法（1）结构选择）结构选择 根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求选择根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求选择（2）尺寸选择）尺寸选择 通常主要选择丝杠的公称直径通常主要选择丝杠的公称直径d0和基本导程和基本导程Ph。公称直径公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。列选择。基本导程基本导程Ph应按承载能力、传动精度、传动速度选取。应按承载能力、传动精度、传动速度选取。8、滚珠丝杠副的选择方法、滚珠丝杠副的选择方法确定基本尺寸参数的原则确定基本尺寸参数的原则确定基本尺寸参数的原则确定基本尺寸参数的原则 公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动精度降低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，精度降低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，传动精度高。传动精度高。8、滚珠丝杠副的选择方法（3 3）选择步骤）选择步骤 承载能力选择承载能力选择。计算作用于丝杠轴向最大动载荷。计算作用于丝杠轴向最大动载荷F FQ Q，然后根，然后根据据F FQ Q值选择丝杠副的型号。值选择丝杠副的型号。压杆稳定性核算压杆稳定性核算。两端装止推轴承与向心轴承时，丝杠一般。两端装止推轴承与向心轴承时，丝杠一般不会发生失稳现象。对于低速运转（不会发生失稳现象。对于低速运转（M M10 r10 rmin)min)的滚珠丝的滚珠丝杠，无需计算其最大动载荷杠，无需计算其最大动载荷F FQ Q值、而只考虑其最大静负载是值、而只考虑其最大静负载是否充分大于最大工作负载否充分大于最大工作负载F FMAXMAX 刚度的验算刚度的验算 滚珠丝杠在轴向力的作用下，将产生伸长或缩短，在扭矩的滚珠丝杠在轴向力的作用下，将产生伸长或缩短，在扭矩的作用下将产生扭转而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精作用下将产生扭转而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精度及定位精度，故应验算满载时的变形量。度及定位精度，故应验算满载时的变形量。四、齿轮传动部件 1 1 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 配置传动比的目的：满足驱动元件与负载之间的配置传动比的目的：满足驱动元件与负载之间的位移位移位移位移、速度速度速度速度、加速度加速度加速度加速度、传动精度（误差）传动精度（误差）传动精度（误差）传动精度（误差）相互匹相互匹配的基本要求。配的基本要求。由于机电一体化系统的传动负载、传动特性、传由于机电一体化系统的传动负载、传动特性传动精度、动精度、工作条件差异很大，齿轮传动部件传动工作条件差异很大，齿轮传动部件传动比的配置应主要依据不同系统的实际工作情况与比的配置应主要依据不同系统的实际工作情况与要求进行配置。要求进行配置。四、齿轮传动部件四、齿轮传动部件齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容：在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容：n 运动参量匹配运动参量匹配 传递形式与类型传递形式与类型n 功率功率/力力/力矩匹配力矩匹配 结构强度与刚度结构强度与刚度n 系统响应特性（静态系统响应特性（静态/动态）动态）转动惯量、转动惯量、传递间隙、低频振荡（爬行现象）传递间隙、低频振荡（爬行现象）n 传递精度传递精度传递间隙传递间隙四、齿轮传动部件四、齿轮传动部件 1 1 齿轮传动总传动比的选择齿轮传动总传动比的选择齿轮传动总传动比的选择齿轮传动总传动比的选择 在伺服电动机驱动负载的传动系统中常采用在伺服电动机驱动负载的传动系统中常采用使负使负载加速度最大载加速度最大的方法。的方法。额定转矩为额定转矩为Tm、转子转、转子转动惯量为动惯量为Jm的直流伺服的直流伺服电动机通过减速比为电动机通过减速比为i的的齿轮减速器带动转动惯齿轮减速器带动转动惯量为量为JL、负载转矩为、负载转矩为TLF的负载，其最佳传动比：的负载，其最佳传动比：使负载加速度最大的使负载加速度最大的i值：值：四、齿轮传动部件 1 1 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 在伺服电动机驱动负载的传动系统中常采用使负在伺服电动机驱动负载的传动系统中常采用使负载加速度最大的方法。载加速度最大的方法。当选定执行元件当选定执行元件(步进电动机步进电动机)步距角步距角，系统脉，系统脉冲当量和丝杠基本导程后，其传动比冲当量和丝杠基本导程后，其传动比i ：四、齿轮传动部件 2 2 各级传动比最佳分配原则各级传动比最佳分配原则各级传动比最佳分配原则各级传动比最佳分配原则 （1 1）重量最轻原则重量最轻原则 小功率传动装置各级传动比确定小功率传动装置各级传动比确定（等传动比分（等传动比分配，等模数原则）配，等模数原则）大功率传动装置各级传动比确定，要考虑大功率传动装置各级传动比确定，要考虑齿轮齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况，应模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况，应由由经验、类比方法和结构设计紧凑的要求综合考虑。经验、类比方法和结构设计紧凑的要求综合考虑。遵循遵循“先大后小先大后小”原则原则（不等传动比分配，不等（不等传动比分配，不等模数原则）模数原则）2 各级传动比最佳分配原则（2 2）输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按递运动的精度，各级传动比应按“先小后大先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安原则分配，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。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到末级输出轴上的总转角误差为 ，则：，则：式中：式中：k 第第k个齿轮所具有的转角误差；个齿轮所具有的转角误差；i(kn)第第k个齿轮的转轴至第个齿轮的转轴至第n级输出轴级输出轴的传动比。的传动比。（2 2）输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按递运动的精度，各级传动比应按“先小后大先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安原则分配，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。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到末级输出轴上的总转角误差为 ，则：，则：式中：式中：k 第第k个齿轮所具有的转角误差；个齿轮所具有的转角误差；i(kn)第第k个齿轮的转轴至第个齿轮的转轴至第n级输出轴级输出轴的传动比。的传动比。2 各级传动比最佳分配原则(3)等效转动惯量最小原则等效转动惯量最小原则 各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。惯量最小。(机械传动部分响应特性最佳原则机械传动部分响应特性最佳原则)。对小功率传动系统，对小功率传动系统，对小功率传动系统，对小功率传动系统，如右图，如右图，如右图，如右图，若不计轴和轴承的转动惯量，则若不计轴和轴承的转动惯量，则若不计轴和轴承的转动惯量，则若不计轴和轴承的转动惯量，则根据系统动能不变的原则，等效根据系统动能不变的原则，等效根据系统动能不变的原则，等效根据系统动能不变的原则，等效到电机轴上的等效转动惯量为：到电机轴上的等效转动惯量为：到电机轴上的等效转动惯量为：到电机轴上的等效转动惯量为：n n级齿轮传动系统各级传动比之通级齿轮传动系统各级传动比之通级齿轮传动系统各级传动比之通级齿轮传动系统各级传动比之通式如下式如下式如下式如下:2 各级传动比最佳分配原则（3）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则 总传动比总传动比iJe/J1J Je e：所有齿轮转动惯量折算到电机轴上所得总等效惯量：所有齿轮转动惯量折算到电机轴上所得总等效惯量J J1 1：第一级小齿轮转动惯量第一级小齿轮转动惯量等效惯量与传动级数和传动比的关系（小功率传动）等效惯量与传动级数和传动比的关系（小功率传动）总传动比为总传动比为50时，时，采用几级传动为宜采用几级传动为宜？各级传动比是多少？各级传动比是多少？2 各级传动比最佳分配原则（3）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则 对大功率传动系统，小功率系统的计算公式不能通用，但对大功率传动系统，小功率系统的计算公式不能通用，但传动比分配次序也应符合传动比分配次序也应符合“先小后大先小后大”的次序的次序等效惯量与传动级数和传动比的关系（大功率传动）等效惯量与传动级数和传动比的关系（大功率传动）总传动比总传动比iJe/J1总传动比为总传动比为256时，时，采用几级传动为宜采用几级传动为宜？2 各级传动比最佳分配原则（3）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则总传动比为总传动比为256时，时，采用几级传动为宜采用几级传动为宜？第一级传动比与总传动比及传动级数的关系曲线第一级传动比与总传动比及传动级数的关系曲线总传动比总传动比i第第1级传动比级传动比i12 各级传动比最佳分配原则（3）等效转动惯量最小原则）等效转动惯量最小原则各级传动比是多少各级传动比是多少？按惯量最小原则确定各级传动比的曲线按惯量最小原则确定各级传动比的曲线ik-1ik3.谐波齿轮传动n对于相当大的传动比、并且要求传动精度对于相当大的传动比、并且要求传动精度与传动效率高、传动平稳体积小重量轻与传动效率高、传动平稳、体积小重量轻时，可选用谐波齿轮传动。时，可选用谐波齿轮传动。n谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十几百几十几百)、传动精度高、回程误差小、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等一系列优点。等一系列优点。(3)谐波齿轮传动谐波齿轮传动3.谐波齿轮传动（1）谐波齿轮传动的工作原理）谐波齿轮传动的工作原理 依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动。的相对错齿来传递动力和运动。1刚性轮刚性轮 2柔性轮柔性轮 3波发生器波发生器（1）谐波齿轮传动的工作原理）谐波齿轮传动的工作原理下图所示的谐波齿轮，刚轮比柔轮多两个齿下图所示的谐波齿轮，刚轮比柔轮多两个齿（2）谐波齿轮传动的传动比）谐波齿轮传动的传动比 谐波齿轮传动的波形发生器相当于行星谐波齿轮传动的波形发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。则：则相当于中心轮。则：g，r，H 分别为刚轮，柔轮，波发生器的角速度分别为刚轮，柔轮，波发生器的角速度（2）谐波齿轮传动的传动比）谐波齿轮传动的传动比柔轮固定时，柔轮固定时，r0，则，则g，r，H 分别为刚轮，柔轮，波发生器的角速度分别为刚轮，柔轮，波发生器的角速度刚轮固定时，刚轮固定时，g0，则，则（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法n齿轮传动间隙的调整目的：齿轮传动间隙的调整目的：提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正反转误差。反转误差。（1）圆柱齿轮传动）圆柱齿轮传动 1）偏心套（轴）调整法）偏心套（轴）调整法结构简单，但不能自动补偿间隙。结构简单，但不能自动补偿间隙。1偏心套偏心套 2电动机电动机 3减速箱减速箱4，5减速齿轮减速齿轮（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法（1）圆柱齿轮传动）圆柱齿轮传动 2）轴向垫片调整法）轴向垫片调整法n如图所示，齿轮如图所示，齿轮1和和2相啮合，相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴略有锥度，这样就可以用轴向垫片向垫片3使齿轮使齿轮2沿轴向移动，沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片装配时轴向垫片3的厚度应使的厚度应使得齿轮得齿轮1和和2之间齿侧间隙小，之间齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套运转又灵活。特点同偏心套(轴轴)调整法。调整法。1，2齿轮齿轮 3垫片垫片 4电动机电动机（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法（1）圆柱齿轮传动）圆柱齿轮传动 3）双片薄齿轮错齿调整法）双片薄齿轮错齿调整法n将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。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。侧间隙，反向时不会出现死区。n具体措施：具体措施：周向弹簧式周向弹簧式仅适用于读数装置而不是功率驱动装仅适用于读数装置而不是功率驱动装置置 可调拉簧式可调拉簧式可用于功率驱动装置可用于功率驱动装置（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法（1）圆柱齿轮传动）圆柱齿轮传动 3）双片薄齿轮错齿调整法）双片薄齿轮错齿调整法n周向弹簧式仅适用于读数装置周向弹簧式仅适用于读数装置而不是功率驱动装置而不是功率驱动装置1短柱短柱 2弹簧弹簧 3，4薄片齿轮薄片齿轮（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法（1）圆柱齿轮传动）圆柱齿轮传动 3）双片薄齿轮错齿）双片薄齿轮错齿调整法调整法n可调拉簧式可用于可调拉簧式可用于功率驱动装置功率驱动装置1，2齿轮齿轮 3凸耳凸耳 4弹簧弹簧 5，6螺母螺母 7螺钉螺钉（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法（2）斜齿轮传动）斜齿轮传动 消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽整法基本相同，也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。了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。（4）齿轮传动间隙的调整方法）齿轮传动间隙的调整方法 垫片错齿调整垫片错齿调整轴向压簧错齿调整轴向压簧错齿调整1，2薄片齿轮薄片齿轮 3宽齿轮宽齿轮 4垫片垫片1，2薄片齿轮薄片齿轮 3宽齿轮宽齿轮 4调整螺母调整螺母 5弹簧弹簧结构比较简单，但调整结构比较简单，但调整较费时，且齿侧间隙不较费时，且齿侧间隙不能自动补偿能自动补偿齿侧隙可以自动补偿，齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大但轴向尺寸较大五五 挠性传动部件挠性传动部件n在机电一体化系统中在机电一体化系统中 ，除滚珠丝杠副、齿轮，除滚珠丝杠副、齿轮传动副外，同步齿形带传动、纲带传动、链条传动副外，同步齿形带传动、纲带传动、链条传动、钢丝绳传动、钢丝绳/尼龙绳传动等。尼龙绳传动等。n特点：结构简单、可实现高速传动、传动功率特点：结构简单、可实现高速传动、传动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方便，但安装精度要求高。维修使用方便，但安装精度要求高。n应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低噪的环境中。噪的环境中。同步齿形带传动同步齿形带传动n同步带传动是一种同步带传动是一种综合了普通带传动和链轮链综合了普通带传动和链轮链条传动优点的一种新型传动条传动优点的一种新型传动n同步带传动的优缺点同步带传动的优缺点：工作时无滑动，有准确的传动比工作时无滑动，有准确的传动比 传动效率高，节能效果好传动效率高，节能效果好 传动比范围大，结构紧凑传动比范围大，结构紧凑 维护保养方便，运转费用低维护保养方便，运转费用低 恶劣环境条件下仍能正常工作恶劣环境条件下仍能正常工作 安装精度要求高、中心距要求严格安装精度要求高、中心距要求严格同步齿形带传动同步齿形带传动n同步带结构同步带结构n带轮结构带轮结构五五 挠性传动部件挠性传动部件n钢带传动：钢带与带轮间接触面积大、无间隙、钢带传动：钢带与带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大、无滑动，结构简单紧凑摩擦阻力大、无滑动，结构简单紧凑n绳轮传动：结构简单、传动刚度大、结构柔软、绳轮传动：结构简单、传动刚度大、结构柔软、成本较低。带轮较大、安装面积大，加速度不成本较低。带轮较大、安装面积大，加速度不宜太高宜太高六六 间歇传动部件间歇传动部件n机电一体化系统中常用的间歇传动部件有：棘机电一体化系统中常用的间歇传动部件有：棘轮传动、槽轮传动、蜗形凸轮传动等部件。可轮传动、槽轮传动、蜗形凸轮传动等部件。可将原动机构的连续运动转换为间歇运动。将原动机构的连续运动转换为间歇运动。n其基本要求是移位迅速、移位过程中运动无冲其基本要求是移位迅速、移位过程中运动无冲击、停位准确可靠。击、停位准确可靠。六六 间歇传动部件间歇传动部件1.棘轮传动机构棘轮传动机构n主要由棘轮，棘爪组成主要由棘轮，棘爪组成n棘爪每往复一次推过的棘爪每往复一次推过的棘轮齿数与棘轮转角的棘轮齿数与棘轮转角的关系关系 =360k/Zn结构简单，制造容易；结构简单，制造容易；有噪声、磨损快有噪声、磨损快 1棘爪棘爪 2棘轮棘轮 3制动爪制动爪 4摇杆摇杆 5扭簧扭簧六六 间歇传动部件间歇传动部件2.槽轮传动机构槽轮传动机构n主要由拨销盘主要由拨销盘1，槽轮，槽轮3组成组成六六 间歇传动部件间歇传动部件3.蜗形凸轮传动机构蜗形凸轮传动机构