機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第二章機(jī)械部件選擇與設(shè)計(jì)綜述

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件選擇與設(shè)計(jì)

第二章機(jī)電一體化系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成基礎(chǔ)——機(jī)械構(gòu)件及其傳動(dòng)部件控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承件以及傳感元件等

部分均與機(jī)械部分相關(guān)，而最主要的是機(jī)械傳動(dòng)部件，導(dǎo)向支承件部件。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的特殊要求

機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)與一般機(jī)械系統(tǒng)相比，具有一定的特殊要求：（1）較高的定位精度。（2）良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。響應(yīng)快、穩(wěn)定性好。（3）無間隙、低摩擦、低慣量、大剛度。（4）高的諧振頻率、合理的阻尼比。

這表明了機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)時(shí)的特點(diǎn)和要求。在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

的主要措施和手段

要達(dá)到上述要求，在機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可采取的主要措施：

（1）采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支撐件。如：滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向和支承、動(dòng)靜壓導(dǎo)向和支承。（2）縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度。如：大扭矩、寬調(diào)速的伺服電動(dòng)機(jī)；軸端預(yù)緊或預(yù)拉伸、滾珠絲杠副或滾動(dòng)導(dǎo)軌副預(yù)緊消除間歇提高剛度。

（3）選擇合理（最佳）傳動(dòng)比，提高系統(tǒng)分辨率，減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能的提高系統(tǒng)的加速能力。（4）盡可能地減小或消除傳動(dòng)誤差和反轉(zhuǎn)誤差、減少支承變形，最終縮小反向四區(qū)誤差。（5）改進(jìn)和合理設(shè)計(jì)支承件和機(jī)架結(jié)構(gòu)，提高剛度、減少振動(dòng)和噪音。第2.1節(jié)機(jī)械傳動(dòng)部件

的選擇與設(shè)計(jì)

2.1.1機(jī)械傳動(dòng)部件及其主要功能

常用傳動(dòng)部件：螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步齒形傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)，其它非線性傳動(dòng)元件。

主要功能：傳遞力/轉(zhuǎn)矩和速度/轉(zhuǎn)速——力/轉(zhuǎn)矩、速度/轉(zhuǎn)速變換器。

機(jī)械傳動(dòng)部件的作用和要求

主要作用或目的——使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面達(dá)到合理（最佳）的匹配。

基本要求——傳動(dòng)間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。

可按傳動(dòng)部件的用途——工作機(jī)或信息機(jī)的主要功用而確定目標(biāo)指標(biāo)和參量。

機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)部件的發(fā)展方向

——精密化，高速化，小型化，輕量化。厚德達(dá)理

勵(lì)志勤工2.1.2絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)形式與特點(diǎn)（1）絲杠螺母機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成絲杠、絲杠螺母和減摩介質(zhì)或滾動(dòng)體（回珠裝置）。

功能：實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)之間相互轉(zhuǎn)換或調(diào)整。

作用：用于機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳遞。

分類：滑動(dòng)和滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。（2）絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件1）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)基本條件：應(yīng)有足夠的滑移間隙和充分地潤滑，熱脹冷縮補(bǔ)償空間；因而，存在一定的空回間隙。2）滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件：應(yīng)有足夠的潤滑儲(chǔ)油空間和熱脹冷縮彈性補(bǔ)償能力，可實(shí)現(xiàn)無間隙工作；因而，存在一定的表面應(yīng)力；為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，需一滾珠的回珠裝置（內(nèi)或外）。（3）絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、成本低，且有自鎖功能，但摩擦阻力較大、傳動(dòng)效率低(30%~40%)。

滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無自鎖功能，但摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高（92%~98%）、傳動(dòng)精度高。（4）絲杠螺母傳動(dòng)的類型與特點(diǎn)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的工作原理

2.1.3滾珠絲杠傳動(dòng)部件

（1）滾珠絲杠副的組成由帶螺旋槽的絲桿、螺母、滾動(dòng)元件滾珠/滾柱、回珠裝置等組成。各元件的作用：（2）滾珠絲杠傳動(dòng)的特點(diǎn)

具有傳動(dòng)阻力??；傳動(dòng)效率高（92%~98%）；軸向剛度高（適當(dāng)預(yù)緊消除絲杠與螺母之間的軸向間隙或預(yù)拉絲杠）；傳動(dòng)平穩(wěn)；傳動(dòng)精度高；不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；但不能自鎖；因而用于高精度傳動(dòng)和升降傳動(dòng)時(shí)，需制動(dòng)定位裝置。（3）滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型

主要按螺紋滾道截面形狀、滾珠的循環(huán)方式、消除軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式三種形式進(jìn)行分類。1）按螺紋滾道截面形狀分類：分單圓弧型和雙圓弧型兩類。單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡單，傳遞精度由加工質(zhì)量保證，軸向間隙小，無軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。

雙圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡單，存在軸向間隙，加工質(zhì)量易于保證，在使用雙螺母結(jié)構(gòu)的條件下，具有軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，傳遞精度高。雙圓弧滾道單圓弧滾道2）按滾珠的循環(huán)方式分類：

內(nèi)循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩類。

a）內(nèi)循環(huán)方式浮動(dòng)式反向器內(nèi)循環(huán)方式b）外循環(huán)方式端蓋式外循環(huán)插管式外循環(huán)3）消除軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式

無論是滑動(dòng)絲杠還是滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)，由于在結(jié)構(gòu)上均存在一定的軸向間隙，以及磨損間隙的存在，為了保證運(yùn)動(dòng)傳遞的連續(xù)性和可靠性，消除軸向間隙并實(shí)施一定預(yù)緊，有利于提高絲杠的傳遞精度和一定的承載能力。消除和減小絲杠軸向間隙的主要方法：主要分為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整、雙螺母墊片式預(yù)緊調(diào)整、雙螺母齒差式預(yù)緊調(diào)整、彈簧式自動(dòng)預(yù)緊調(diào)整、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊調(diào)整四種方式。滾珠絲杠的間隙調(diào)整與預(yù)緊（3）選擇滾珠絲杠副支承方式

為了提高滾珠絲杠傳動(dòng)副的支承剛度，從而提高傳動(dòng)精度，滾珠絲杠副支承方式具有下屬四種方式。滾珠絲杠副的四種支承方式及其特點(diǎn)（4）滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置

作用：在垂直安裝或在高速移動(dòng)定位時(shí)，防止?jié)L珠絲杠副逆轉(zhuǎn)發(fā)生不安全事故或定位不可靠（無自鎖能力）。

常用：超越離合器、雙推式電磁離合器（制動(dòng)器）。

超越離合器雙推式電磁離合器超越離合器的工作原理超越離合器是利用主動(dòng)件和從動(dòng)件的轉(zhuǎn)速變化或回轉(zhuǎn)方向變換而自動(dòng)接合和脫開的一種離合器。當(dāng)主動(dòng)件帶動(dòng)從動(dòng)件一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，稱為結(jié)合狀態(tài)；當(dāng)主動(dòng)件和從動(dòng)件脫開以各自的速度回轉(zhuǎn)時(shí)，為超越狀態(tài)。超越離合器具有以下功能

a.在快速進(jìn)給機(jī)械中實(shí)現(xiàn)快慢速轉(zhuǎn)換、超越功能。

b.實(shí)現(xiàn)步進(jìn)間隙運(yùn)動(dòng)和精確定位的分度功能。

c.當(dāng)它與滾珠絲杠或其它部件配套使用，防止逆轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自鎖和逆止功能。

定向離合器（滾柱定向離合器）只能向一個(gè)轉(zhuǎn)向傳遞轉(zhuǎn)矩，反向自動(dòng)分離。主要由星輪1、外圈2、彈簧頂桿4和滾柱3構(gòu)成。彈簧將滾柱3星輪的楔形槽內(nèi)，使?jié)L柱與星輪、外圈接觸。一起同向運(yùn)動(dòng)。（運(yùn)動(dòng)方向如圖）1星輪2外圈3滾柱4彈簧頂桿（5）滾珠絲杠副的潤滑與密封

潤滑：主要有脂潤滑和滴油潤滑。

密封：接觸式密封（動(dòng)或靜密封）和非接觸式密封（迷宮式密封）。

防塵與防護(hù)：折疊式防塵套、伸縮式防塵套、伸縮擋板防塵裝置等。（6）滾珠絲杠副的選擇方法

1）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)形式確定依據(jù)預(yù)緊條件和防塵條件決定滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式。

單圓弧螺紋滾道的單螺母絲杠副

——以動(dòng)力傳動(dòng)為主，允許傳動(dòng)存在一定間隙，且垂直安裝。常用在高精度壓力設(shè)備上（導(dǎo)向精度由導(dǎo)軌保證）。

單圓弧螺紋滾道的雙螺母絲杠副

——主要用在傳遞輕載荷、對(duì)傳遞動(dòng)力的平穩(wěn)性和絲桿剛度要求比高（預(yù)緊力較?。┑男⌒驮O(shè)備上。

雙圓弧螺紋滾道的雙螺母絲杠副——主要用于重載，以傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)為主，對(duì)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性有較高的要求，傳遞精度高、絲杠剛度大防塵效果好的高精度機(jī)器設(shè)備上。預(yù)緊原理預(yù)緊結(jié)構(gòu)2）滾珠絲杠副基本結(jié)構(gòu)尺寸的選擇

主要依據(jù)滾珠絲杠副傳遞的最大載荷、運(yùn)動(dòng)特性（傳遞速度）和范圍（有效行程）、傳遞精度要求，選定滾珠絲杠副的公稱直徑、基本導(dǎo)程以及傳遞精度等級(jí)。確定基本參數(shù)的原則

·

公稱直徑大，承載能力強(qiáng)；反之，承載能力弱。

·

基本導(dǎo)程大，承載能力強(qiáng)，傳動(dòng)速度快，傳動(dòng)精度降低；反之，承載能力減弱，傳動(dòng)速度慢，傳動(dòng)精度高。

·

傳遞精度：決定設(shè)備靜態(tài)定位和運(yùn)動(dòng)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性。3）滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)驗(yàn)算步驟

依據(jù)最大工作載荷(N)或平均工作載荷(N)作用下的使用壽命T(h)、絲桿有效工作行程(mm)、絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)或平均轉(zhuǎn)速(r/min)、滾道硬度HRC以及工況等實(shí)際工作條件，進(jìn)行一系列的驗(yàn)算。

·承載能力計(jì)算與滾珠絲杠副型號(hào)選擇在最大靜載荷和動(dòng)載荷條件下，進(jìn)行彎曲強(qiáng)度、接觸應(yīng)力強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等驗(yàn)算，綜合決定選擇滾珠絲杠副型號(hào)。

·壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算或校核壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算或校的基本要求是不影響滾珠絲杠副的精度和變形附加載荷產(chǎn)生的摩擦阻力超過極限值。

·剛度驗(yàn)算結(jié)構(gòu)剛度（支承方式相關(guān)）和接觸剛度（導(dǎo)軌滾道）。**由此才能完成滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)工作。2.1.4齒輪傳動(dòng)部件

齒輪傳動(dòng)部件的作用：轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。（1）機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常用的齒輪傳動(dòng)部件：

定軸傳動(dòng)輪系、行星齒輪傳動(dòng)輪系、諧波齒輪傳動(dòng)輪。

1）定軸輪系傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)2）行星齒輪傳動(dòng)輪系

主要由傳動(dòng)齒輪、定位齒輪、行星齒輪和行星架等組成。行星齒輪傳動(dòng)輪系的組成與工作原理行星差速變速器3）諧波齒輪傳動(dòng)工作原理主要組成元件工作過程諧波齒輪傳動(dòng)是一種依靠彈性變形運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的新型機(jī)構(gòu)，它突破了機(jī)械傳動(dòng)采用剛性構(gòu)件機(jī)構(gòu)的模式，使用了一個(gè)柔性構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，從而獲得了一系列其他傳動(dòng)所難以達(dá)到的特殊功能。特點(diǎn)：1．承載能力高諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高。2．傳動(dòng)比大單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可達(dá)i=70～500。3．體積小、重量輕。4．傳動(dòng)效率高、壽命長。5．傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。（2）齒輪傳動(dòng)最佳傳動(dòng)比配置的基本要求

配置傳動(dòng)比的目的：滿足驅(qū)動(dòng)元件與負(fù)載之間的位移、速度、加速度、傳動(dòng)精度（誤差）相互匹配的基本要求。由于，機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動(dòng)負(fù)載、傳動(dòng)特性、傳動(dòng)精度、工作條件差異很大，齒輪傳動(dòng)部件傳動(dòng)比的配置應(yīng)主要依據(jù)不同系統(tǒng)的實(shí)際工作情況與要求進(jìn)行配置。在一般情況下，可重點(diǎn)考慮如下幾方面內(nèi)容：運(yùn)動(dòng)參量匹配——

傳遞形式與類型功率/力/力矩匹配——

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量——

系統(tǒng)響應(yīng)特性（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)）傳遞精度——傳遞間隙、平穩(wěn)性、低速震蕩（爬行現(xiàn)象）

（3）各級(jí)傳動(dòng)比最佳分配原則

1）重量最輕原則

?

小功率傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比（等傳動(dòng)比分配，等模數(shù)原則）

?

大功率傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比確定，應(yīng)遵循“先大后小”原則，再由經(jīng)驗(yàn)、類比方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊等方法確定。（不等傳動(dòng)比分配，不等模數(shù)原則）2）輸出轉(zhuǎn)角誤差最小原則

為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。設(shè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，則：式中：—第個(gè)齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

—第個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)軸至第級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比。3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則各傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小。(機(jī)械傳動(dòng)部分響應(yīng)特性最佳原則)。

如右圖，若不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能不變的原則，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

歸納起來，減速傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的分配原則是設(shè)計(jì)減速器的指導(dǎo)思想和基本方法。在實(shí)際減速器設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合減速器的具體要求，認(rèn)真分析、論證方案實(shí)現(xiàn)的可行性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等指標(biāo)，并對(duì)減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、結(jié)構(gòu)尺寸、精度要求等進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，盡可能達(dá)到合理的匹配，達(dá)到減速器具有體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟動(dòng)頻繁和動(dòng)態(tài)特性好，傳動(dòng)精度高、誤差最小等基本要求。（4）齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法

齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整目的：提高齒輪傳動(dòng)的精度和消除齒輪傳動(dòng)的正反轉(zhuǎn)誤差。常用圓柱齒輪傳動(dòng)齒側(cè)間隙的調(diào)整方法偏心套筒或偏心軸齒側(cè)間隙調(diào)整法

如圖所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。軸向墊片齒側(cè)間隙調(diào)整法

如圖所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。雙片薄齒輪錯(cuò)齒齒側(cè)間隙調(diào)整法

這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。斜齒輪傳動(dòng)齒側(cè)間隙調(diào)整

消除斜齒輪傳動(dòng)齒輪側(cè)隙的方法與上述錯(cuò)齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開了。(5)諧波齒輪傳動(dòng)的基本構(gòu)成及特點(diǎn)

1．構(gòu)成：

諧波齒輪傳動(dòng)是諧波齒輪行星傳動(dòng)的簡稱。是一種少齒差行星傳動(dòng)。通常由剛性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等零部件構(gòu)成。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多。諧波齒輪傳動(dòng)構(gòu)成圖例：

2．特點(diǎn)（1）：

諧波齒輪傳動(dòng)既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。傳動(dòng)比大，且外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動(dòng)效率高。效率高達(dá)92％~96％，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)50~4000。

2．特點(diǎn)（2）：

承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動(dòng)速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動(dòng)可用來由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)。二、工作原理

齒差：

諧波齒輪傳動(dòng)中，剛輪的齒數(shù)zG略大于柔輪的齒數(shù)zR，其齒數(shù)差要根據(jù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周柔輪變形時(shí)與剛輪同時(shí)嚙合區(qū)域數(shù)目來決定。即zG-zR=u。目前多用雙波和三波傳動(dòng)。錯(cuò)齒是運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因ZGZR變形：

波發(fā)生器的長度比未變形的柔輪內(nèi)圓直徑大：當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長軸處柔輪輪齒插入剛輪的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動(dòng)傳遞。工作原理圖例：波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向與柔輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。柔輪與剛輪齒面的嚙合過程：1．剛輪固定—柔輪輸出：

波發(fā)生器主動(dòng)，單級(jí)減速，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)比范圍較大，效率較高，應(yīng)用極廣，i=75~500。2．柔輪固定—?jiǎng)傒嗇敵觯?/p>

波發(fā)生器主動(dòng)，單級(jí)減速，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)比范圍較大，效率較高，可用于中小型減速器，i=75~500。3．波發(fā)生器固定—?jiǎng)傒嗇敵觯?/p>

柔輪主動(dòng)，單級(jí)微小減速，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于高精度微調(diào)傳動(dòng)裝置，i=1.002~1.015。2.1.5撓性傳動(dòng)部件

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，除滾珠絲杠副、齒輪傳動(dòng)副外，同步齒形帶傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、鋼絲繩/尼龍繩傳動(dòng)等。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可實(shí)現(xiàn)高速傳動(dòng)、傳動(dòng)功率較低、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、吸振且噪音低、維修使用方便，但安裝精度要求高。應(yīng)用：主要應(yīng)用在高速、低載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、低噪的環(huán)境中。同步齒形帶傳動(dòng)

同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。

同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)：工作時(shí)無滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作同步帶傳動(dòng)與類型

同步帶傳動(dòng)一般是由同步帶輪和緊套在兩輪上的同步帶組成。同步帶內(nèi)周有等距的橫向齒。同步帶同步帶輪同步帶傳動(dòng)一、同步帶傳動(dòng)的組成與工作原理1.同步帶傳動(dòng)的組成1—主動(dòng)輪2—從動(dòng)輪3—傳動(dòng)帶2．同步帶傳動(dòng)的工作原理

同步帶傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，依靠帶內(nèi)周的等距橫向齒與帶輪相應(yīng)齒槽之間的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，兩者無相對(duì)滑動(dòng)，從而使圓周速度同步（故稱為同步帶傳動(dòng)）。它兼有帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn)補(bǔ)充：傳動(dòng)效率高（達(dá)0.98），傳動(dòng)比較大（12～20），允許帶速高（可至50m/s）二、同步帶的類型a）單面同步帶b）雙面同步帶帶輪節(jié)圓直徑d

帶輪實(shí)際外圓直徑d0節(jié)距P節(jié)線長LP帶輪齒數(shù)Z*節(jié)距是同步帶傳動(dòng)最基本的參數(shù)。三、同步帶的參數(shù)

同步帶輪的齒形一般采用漸開線，并用與齒輪加工相似的方法加工。為了防止同步帶從帶輪上脫落，帶輪側(cè)邊應(yīng)裝擋圈。四、同步帶傳動(dòng)應(yīng)用舉例同步帶傳動(dòng)主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳動(dòng)中，如計(jì)算機(jī)、錄像機(jī)、數(shù)控機(jī)床、汽車等。

1.在輕工機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用紡織機(jī)2.在精密機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用有線文字傳真機(jī)人字齒同步帶3.在具有特殊要求的機(jī)械中的應(yīng)用同步帶傳動(dòng)在汽車上的應(yīng)用鋼帶傳動(dòng)——CVT

ContinuouslyVariableTransmission工作原理：

CVT傳動(dòng)系統(tǒng)里，傳統(tǒng)的齒輪被一對(duì)滑輪和一只鋼制皮帶所取代，每個(gè)滑輪是由兩個(gè)錐型盤組成的V形結(jié)構(gòu)，引擎軸連接小滑輪，透過鋼制皮帶帶動(dòng)大滑輪。錐型盤可在液壓的推力作用下收緊或張開，擠壓鋼片鏈條以此來調(diào)節(jié)V型槽的寬度。當(dāng)錐型盤向內(nèi)側(cè)移動(dòng)收緊時(shí)，鋼片鏈條在錐盤的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運(yùn)動(dòng)，相反會(huì)向圓心以內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這樣，鋼片鏈條帶動(dòng)的圓盤直徑增大，傳動(dòng)比也就發(fā)生了變化。CVT的主要特點(diǎn)1.它的變速比不是間斷的點(diǎn)，而是一系列連續(xù)的值，動(dòng)力傳輸平滑而順暢，沒有傳統(tǒng)自動(dòng)變速器換檔的頓挫感，也消除了手動(dòng)變速器頻繁換檔的煩瑣。CVT主要靠主、從動(dòng)輪和金屬帶來實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化。

2.CVT和普通自動(dòng)變速器的最大區(qū)別是：它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。通過改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速。由于CVT可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，大大提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，改善了駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性。3.CVT最大的特點(diǎn)是省油，CVT摒棄了傳統(tǒng)自動(dòng)變速器浪費(fèi)能源的液力傳動(dòng)裝置，而采用了新技術(shù)來提高燃料使用率。CVT的燃料使用率比手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器都高，能夠比傳統(tǒng)的自動(dòng)檔車省油10％到15％第2.2節(jié)導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌支承部件的作用：支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和規(guī)定運(yùn)動(dòng)方向作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2.2.1導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足要求組成：主要由定導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、間隙調(diào)整元件以及工作介質(zhì)/元件等組成。（1）導(dǎo)軌副的種類按運(yùn)動(dòng)方式可分為：直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。按接觸表面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。（2）常見導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式

導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，依據(jù)不同的要求可設(shè)計(jì)或選用不同形式的導(dǎo)軌副。常見導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式如下。（3）導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求

基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好，熱溫變形小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。在高精度導(dǎo)軌副中，可采用卸荷裝置等方法減小導(dǎo)軌面的承載載荷，提高導(dǎo)向精度。1）導(dǎo)向精度要求及影響因素

導(dǎo)向精度（要求）：指動(dòng)導(dǎo)軌沿給定方向作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保證的準(zhǔn)確程度，主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。

因此，在設(shè)計(jì)或選用導(dǎo)軌副時(shí)，重點(diǎn)考慮影響導(dǎo)向精度的主要因素有：

·

導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)類型。

·

導(dǎo)向精度（直線度）和接觸精度（平面度和接觸面積）。

·

導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)配合精度（間隙）。

·

油膜厚度和油膜剛度。

·

導(dǎo)軌和機(jī)架的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。

·

導(dǎo)軌和機(jī)架的熱變形（熱敏感性）。

·

裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。2）導(dǎo)軌的剛度要求

導(dǎo)軌的剛度（要求）：導(dǎo)軌抵抗外載荷的能力，從而不影響導(dǎo)向部件的導(dǎo)向精度（運(yùn)動(dòng)精度）。通常分為：靜剛度——抵抗恒定載荷的能力。動(dòng)剛度——抵抗交變載荷的能力。每一類剛度都包括：結(jié)構(gòu)剛度、接觸剛度、局部剛度。在一般情況下，為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度。3）精度保持性要求（耐磨性）精度保持性要求：指導(dǎo)軌副表面的耐磨性（耐磨能力）應(yīng)達(dá)到導(dǎo)軌面的使用壽命要求。主要包括：初期耐磨性和耐磨精度保持性兩部分，以及耐磨精度失效特性。初期耐磨性——摩擦副初期磨損階段特性。耐磨精度保持性——摩擦副正常磨損階段特性。耐磨精度失效特性——摩擦副劇烈磨損階段特性。4）導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求

主要包括：靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。靈活性——指對(duì)系統(tǒng)控制指令的反映能力。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性——指平穩(wěn)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的波動(dòng)誤差（低速“爬行現(xiàn)象”）。5）溫度敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性要求

溫度敏感性

——指導(dǎo)軌在環(huán)境溫度和導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱的影響下，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性、平穩(wěn)性、導(dǎo)向精度產(chǎn)生變化的反映程度。

工藝性要求

——結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、裝配調(diào)整、維修維護(hù)、檢測方便，生產(chǎn)成本低。

注意：以上這些導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副應(yīng)達(dá)到的要求僅是導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中最基本的要求，在導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中，還應(yīng)依據(jù)導(dǎo)軌應(yīng)用的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施，盡可能的滿足。

（3）導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟

1）依據(jù)導(dǎo)軌副使用的工作條件，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。2）選擇導(dǎo)軌副的截面形狀，保證導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。3）依據(jù)導(dǎo)軌的載荷和工作溫度范圍，選擇導(dǎo)軌的具體結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)，保證具有足夠的剛度、良好的耐磨性、運(yùn)動(dòng)靈活性、平穩(wěn)性。4）具有合理的誤差自動(dòng)補(bǔ)償或調(diào)整裝置，在導(dǎo)軌長期使用后（超過導(dǎo)軌規(guī)定的平均無故障工作時(shí)間——MTBF可靠性指標(biāo)），通過調(diào)整進(jìn)一步的保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。5）選用合理的耐磨材料、潤滑方法以及防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌盡可能的處于良好工作狀態(tài)，減少導(dǎo)軌副的磨損。6）制定必要的技術(shù)條件（關(guān)重件的制造工藝規(guī)范、裝配調(diào)整技術(shù)條件、檢測驗(yàn)收技術(shù)條件、使用維護(hù)操作規(guī)范、維修維護(hù)工藝流程與規(guī)范等）。2.2.2滑動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及其選擇

（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌副的截面形狀和特點(diǎn)常見滑動(dòng)導(dǎo)軌副的截面形狀1）三角形導(dǎo)軌的特點(diǎn)

分對(duì)稱型和非對(duì)稱型三角形導(dǎo)軌。特點(diǎn)：在垂直載荷作用下，具有磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能，無間隙工作，導(dǎo)向精度高。為防止因振動(dòng)或傾翻載荷引起兩導(dǎo)向面較長時(shí)間脫離接觸，應(yīng)有輔助導(dǎo)向面并具備間隙調(diào)整能力。但存在導(dǎo)軌水平與垂直誤差的相互影響，為保證高的導(dǎo)向精度（直線度），導(dǎo)軌面加工、檢驗(yàn)、維修困難。對(duì)稱型導(dǎo)軌——

隨頂角增大，導(dǎo)軌承載能力增大，但導(dǎo)向精度降低。非對(duì)稱導(dǎo)軌——

主要用在載荷不對(duì)稱的時(shí)候，通過調(diào)整不對(duì)稱角度，使導(dǎo)軌左右面水平分力相互抵消，提高導(dǎo)軌剛度。2）矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)、維修方便，導(dǎo)軌面寬、承載能力大，剛度高，但無磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能。由于導(dǎo)軌在水平和垂直面位置互不影響，因而在水平和垂直兩方向均須間隙調(diào)整裝置，安裝調(diào)整方便。3）燕尾形導(dǎo)軌的特點(diǎn)

特點(diǎn)：無磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能，須間隙調(diào)整裝置，燕尾起壓板作用，鑲條可調(diào)整水平垂直兩方向的間隙，可承受顛覆載荷，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛度差，摩擦阻力大、制造、檢驗(yàn)、維修不方便。4）圓形導(dǎo)軌的特點(diǎn)

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)、配合方便，精度易于保證，但摩擦后很難調(diào)整，結(jié)構(gòu)剛度較差。厚德達(dá)理

勵(lì)志勤工（2）常見導(dǎo)軌副組合與間隙調(diào)整、特點(diǎn)

特點(diǎn)：兩導(dǎo)軌磨損均勻，能自動(dòng)補(bǔ)償垂直和水平方向下磨損，接觸剛度好，導(dǎo)向和精度保持性高，但工藝性差，熱敏感性較大。主要用于高精機(jī)床。

1）雙三角形組合導(dǎo)軌組合2）矩形與矩形導(dǎo)軌組合

特點(diǎn)：承載面與導(dǎo)向面分離，制造調(diào)整簡單、導(dǎo)向面間隙用調(diào)整鑲條保證，接觸剛度較抵。閉式結(jié)構(gòu)時(shí)，有輔助導(dǎo)向面，間隙由調(diào)整壓板保證。在導(dǎo)軌副同樣熱變形條件下，L1越大，導(dǎo)向間隙要求越大。

3）三角形導(dǎo)軌與矩形或平面導(dǎo)軌組合

特點(diǎn)：兼有三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度好、矩形導(dǎo)軌制造方便、剛性好的優(yōu)點(diǎn)，可避免熱變形產(chǎn)生的配合間隙變化；但是，存在兩導(dǎo)軌導(dǎo)向平面磨損不均并使導(dǎo)軌產(chǎn)生位置變化；另外，兩導(dǎo)軌的摩擦阻力不同，因而布置驅(qū)動(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)與兩摩擦阻力的和力同向?yàn)橐?。?dāng)采用閉式壓板結(jié)構(gòu)時(shí)，可承受顛覆力矩。4）燕尾形導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌組合

特點(diǎn)：整體式燕尾導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，調(diào)整方便，承載能力強(qiáng)，制造困難；裝配式導(dǎo)軌，制造調(diào)整方便，承載能力與整體式燕尾導(dǎo)軌相比較弱；燕尾導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌相比，兼有調(diào)整方便，承載能力較強(qiáng)等。

（3）導(dǎo)軌副材料的選擇

導(dǎo)軌副材料選擇的基本要求：