第二章-機械受控模塊課件

第二章機械受控模塊齒輪及蝸桿副滾珠絲杠螺母副諧波齒輪減速器軸系導(dǎo)軌及支承件并聯(lián)機構(gòu)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求第二章機械受控模塊齒輪及蝸桿副1第一節(jié)齒輪系及蝸桿副機械傳動主要的三種形式：1.齒輪、蝸桿傳動2.絲杠螺母傳動3.諧波傳動第一節(jié)齒輪系及蝸桿副機械傳動主要的三種形式：2第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副工作可靠、傳動比恒定、結(jié)構(gòu)成熟，但制造復(fù)雜。主要精度要求：瞬時傳動比不變分類：直齒輪、斜齒輪、人字齒輪等各種用途和特點蝸輪蝸桿副在一定意義上可看成一種特殊的齒輪第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副工作可靠、傳動比恒定、結(jié)3第一節(jié)齒輪系及蝸桿副蝸輪蝸桿副：只傳遞空間垂直交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。蝸桿為傳動副的主動構(gòu)件，蝸輪為從動件。（單包、雙包）蝸桿副為線接觸，可傳遞較大功率，傳動比大。優(yōu)點：傳動平衡、噪聲小、可自鎖，但傳動效率低，功率損失較大。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副蝸輪蝸桿副：4第一節(jié)齒輪系及蝸桿副第一節(jié)齒輪系及蝸桿副5第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動比最佳分配條件用于：伺服系統(tǒng)的減速增矩要求：轉(zhuǎn)動慣量盡可能小原則：最小等效轉(zhuǎn)動慣量動能守恒定律：第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動比最佳分配條件6第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動比最佳分配條件可使轉(zhuǎn)動慣量最小的和的關(guān)系式：由于>1，近似為：第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪傳動比最佳分配條件7第一節(jié)齒輪系及蝸桿副上式同樣適用于多級減速裝置齒輪傳動的總等效慣量隨著傳動級數(shù)增加而減小，但傳動效率隨著傳動級數(shù)增加而降低，齒隙和摩擦的來源也隨之增加。結(jié)構(gòu)上，滿足強度的前提下，盡可能把齒輪做小，選用輕質(zhì)合金以及采用在齒輪上開孔等措施隨轉(zhuǎn)矩逐級增大相應(yīng)各級齒輪的模數(shù)、齒寬，尺寸大小也應(yīng)逐級增大。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副上式同樣適用于多級減速裝置8第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除1.剛性調(diào)整法調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法以及斜齒輪法。2.柔性調(diào)整法在雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒分別貼緊其嚙合輪齒的兩側(cè)，以消除嚙合間隙。第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除9第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除多級傳動時，負載軸上的總間隙后級的間隙比前級的間隙影響大！第一節(jié)齒輪系及蝸桿副齒輪副間隙的消除10第二節(jié)滾珠絲杠螺母副分類：普通滑動摩擦、滾動摩擦、液浮摩擦型和電螺母絲杠型。優(yōu)點：

磨損小、傳動效率高、傳動平衡、壽命長、精度高、溫升低等。不足：不能自鎖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高，傳動的距離和速度有限。

第二節(jié)滾珠絲杠螺母副分類：11第二節(jié)滾珠絲杠螺母副第二節(jié)滾珠絲杠螺母副12第二節(jié)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型外循環(huán)插管式：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但徑向尺寸大，耐磨性和抗沖擊性差。內(nèi)循環(huán)反向器式：摩擦小，效率高，徑向尺寸小，但制造成本較高。

第二節(jié)滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型13第二節(jié)滾珠絲杠螺母副間隙消除及預(yù)緊方法：1.雙螺母齒差式精度高，預(yù)緊準確可靠，不易松動，調(diào)整方便。2.雙螺母螺紋式結(jié)構(gòu)簡單，但較難控制，容易松動，準確性和可靠性差。3.雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，工作可靠，剛性好；但使用中不便于隨時調(diào)整，調(diào)整精度較低。4.單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式結(jié)構(gòu)最簡單、尺寸最緊湊，且價格低廉，但不便于隨時調(diào)整。第二節(jié)滾珠絲杠螺母副間隙消除及預(yù)緊方法：14第二節(jié)滾珠絲杠螺母副支承結(jié)構(gòu)形式主要要求：約束絲杠的軸向竄動和徑向擺動。1.兩端固定（雙推—雙推，F(xiàn)-F）結(jié)構(gòu)剛度最高，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重變形和補償熱變形，使剛度更高，適用于高精度高剛度的工作條件。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝困難，成本最高。2.一端固定一端游動（雙推—簡支，F(xiàn)-S）留給絲杠膨脹的余地3.兩端均為單向推力（單推—單推，J-J）可根據(jù)預(yù)計溫升產(chǎn)生的膨脹量，進行預(yù)拉伸4.一端固定一端自由（雙推—自由，F(xiàn)-O）適用于較短和豎起安裝的絲杠第二節(jié)滾珠絲杠螺母副支承結(jié)構(gòu)形式15第三節(jié)諧波齒輪減速器第三節(jié)諧波齒輪減速器16第三節(jié)諧波齒輪減速器依靠柔性輪產(chǎn)生的可控變形波引起的齒間的相對錯齒傳遞動力和運動。分為：連續(xù)作用式和脈沖作用式脈沖作用式又分為液動式波發(fā)生器、氣動式波發(fā)生器和電磁式波發(fā)生器。第三節(jié)諧波齒輪減速器依靠柔性輪產(chǎn)生的可控變形波引起的齒間的17第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動的特點1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，傳動效率高。2.傳動比范圍大3.同時嚙合的齒數(shù)多，運動精度高，承載能力大4.運動平衡，無沖擊，噪聲小。5.齒側(cè)間隙可以調(diào)整6.可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動和動力7.可實現(xiàn)高增速運動8.方便地實現(xiàn)差速傳動第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動的特點18第三節(jié)諧波齒輪減速器傳動剛度消除傳動間隙：1.采用無間隙花鍵、過盈配合、銷釘?shù)确绞铰?lián)結(jié)柔輪和軸2.將齒輪按照無間隙加工，由于存在柔性構(gòu)件，這種無齒隙嚙合傳動不會有任何問題。第三節(jié)諧波齒輪減速器傳動剛度19諧波齒輪傳動速比剛輪固定柔輪固定波發(fā)生器固定兩項輸入，一項輸出第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動速比第三節(jié)諧波齒輪減速器20諧波齒輪減速器的選用

諧波齒輪減速器已有系列化的產(chǎn)品，按國家標準，單級諧波傳動減速器的產(chǎn)品型號由系列代號、規(guī)格型號和精度等級三部分級成。第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器的選用第三節(jié)諧波齒輪減速器21第四節(jié)軸系軸系的組成及主要要求軸系由軸、軸頸、軸承以及軸上的傳動件等組成，分為一般傳動軸和工作主軸。主軸的主要要求包括：

1.回轉(zhuǎn)精度含軸向精度；

2.靜剛度；

3.動特性；

4.熱特性。第四節(jié)軸系軸系的組成及主要要求22第四節(jié)軸系滾動摩擦支承軸系標準滾動軸承圓錐滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承、角接觸球軸承等。2.新型滾動軸承密集滾球軸承、變預(yù)緊力軸承、轉(zhuǎn)盤軸承。第四節(jié)軸系滾動摩擦支承軸系23第四節(jié)軸系滑動摩擦支承軸系1.液體動壓支承2.氣體動壓支承3.液體靜壓支承4.氣體靜壓支承第四節(jié)軸系滑動摩擦支承軸系24第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件

導(dǎo)軌副：用于引導(dǎo)運動部件走向，保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并通過摩擦和阻尼影響執(zhí)行件的運動特性，如定位精度和低速均勻性。包括：運動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件

導(dǎo)軌副：用于引導(dǎo)運動部件走向，保證執(zhí)行25第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件導(dǎo)軌副的性能要求：導(dǎo)向精度、接觸精度、接觸剛度、精度保持性以及低速運動穩(wěn)定性（即摩擦特性）分類：按運動導(dǎo)軌的軌跡分；按摩擦性質(zhì)分；按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件導(dǎo)軌副的性能要求：導(dǎo)向精度、接觸精度、接26第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滑動導(dǎo)軌第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滑動導(dǎo)軌27第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌配對導(dǎo)軌間由滾動體隔開，導(dǎo)軌面不直接接觸，運動時與滾動體產(chǎn)生滾動摩擦，摩擦阻力和磨損相對較少，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些，剛度和承載能力不及滑動導(dǎo)軌，且對臟物敏感，需有良好防護。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌28第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌分類：按其滾動類型分為滾珠式，滾柱/滾針式。滾珠式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造容易，成本較低；點接觸，剛度和承載能力相對較低，適合載荷不大的情況下使用。滾柱式可多向受力，為線接觸，剛度承載能力較大，導(dǎo)向性好，但對導(dǎo)軌面的平行度較敏感。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌29第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌分類：接運動形式分為循環(huán)式和非循環(huán)式

循環(huán)結(jié)構(gòu)中行程不受導(dǎo)軌上滾動體數(shù)目的限制。

非循環(huán)結(jié)構(gòu)運動行程將受到導(dǎo)軌上滾動體數(shù)目的限制，用于行程不大的場合。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾動導(dǎo)軌30第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算已知：載荷F，行程l,導(dǎo)向精度和導(dǎo)軌壽命等求解：滾動體直徑d，滾柱長度lr滾動體的數(shù)目z等第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算31第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算直徑d:大可以減小摩擦阻力，提高剛度和承載能力，減少接觸應(yīng)力，延長壽命。數(shù)目z：不少于12~16個，z過少會降低導(dǎo)軌的剛度和承載能力，z過多和lr過長，也會由于制造誤差而帶來對導(dǎo)軌剛度和導(dǎo)向精度的影響。第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算32第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件阻尼及其影響起因：1.由于表面不平度的彈性和塑性變形產(chǎn)生的材料阻尼；2.起因于在表面極限區(qū)周圍運動的摩擦阻尼。3.擠壓薄膜效應(yīng)第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件阻尼及其影響33第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件支承件包括：機身、基座、支柱及橫梁等。主要功能：支承固定連接件，或者相對運動的部件。靜剛度：靜剛度等于支承件產(chǎn)生的靜變形與承受的靜載荷之比。機械共振熱變形第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件支承件34第六節(jié)并聯(lián)機構(gòu)定義：具有多個運動自由度，且驅(qū)動器分配在不同環(huán)路上的閉式多環(huán)機構(gòu)被稱為并聯(lián)機構(gòu)。第六節(jié)并聯(lián)機構(gòu)定義：35第六節(jié)并聯(lián)機構(gòu)主要優(yōu)點：剛度高，承載能力與整機質(zhì)量比大移動部件質(zhì)量輕，可獲得很高的動態(tài)特性，容易實現(xiàn)高速、高加速度的運動不存在誤差累計，可獲得較高的運動精度零件標準化程度高，易于實現(xiàn)模塊化設(shè)計作業(yè)空間與機器尺寸比小主要缺點：1.靈活性較差，運動平臺的傾斜角度較小2.在作業(yè)空間內(nèi)部存在桿件干涉和奇異位形的