機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)

機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計(jì)要遵循機(jī)電結(jié)合、機(jī)電互補(bǔ)的原則，滿(mǎn)足高精度、快速響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。具體包括兩大部分的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滾珠絲杠傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)同步齒形帶傳動(dòng)膜片彈性聯(lián)軸器

導(dǎo)軌設(shè)計(jì)支承裝置主軸組件設(shè)計(jì)3.1機(jī)械傳動(dòng)裝置概述一、傳動(dòng)裝置功能及性能要求功能：傳遞運(yùn)動(dòng)（速度、位移）和動(dòng)力（力、力矩）增速或減速；變速；改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律或形式動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動(dòng)力(力矩）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)的一部分，通過(guò)控制裝置，使機(jī)械傳動(dòng)部分與伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性相匹配，并且滿(mǎn)足傳動(dòng)精度、定位精度高，響應(yīng)速度快，速度的穩(wěn)定性好。

性能要求滿(mǎn)足以下幾個(gè)方面：

1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（J）小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中一個(gè)剛體表現(xiàn)出來(lái)的慣性

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，使機(jī)械負(fù)載變大，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降，但是J小不應(yīng)影響機(jī)械系統(tǒng)的剛度。2、剛度（K）大

剛度是指彈性體抵抗變形的能力，或產(chǎn)生單位彈性變形量所需要的作用力。大的剛度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)是有利的，可增大機(jī)構(gòu)固有頻率，不易產(chǎn)生共振，增加伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度有以下好處：

（1）可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動(dòng)量），有利于提高傳動(dòng)精度；（2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于提高系統(tǒng)的抗振性；（3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

提高系統(tǒng)的剛度的方法：

1）采用彈性模量高的材料；

2）合理選擇零件的截面形狀和尺寸；

3）對(duì)齒輪、絲杠、軸承等施加預(yù)緊力。mK=w3、阻尼（B）合適

系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，B越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。阻尼比為：mKB2=x過(guò)阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取1>x1=x1<x8.04.0<<x使自由振動(dòng)衰減的各種摩擦和其他阻礙作用，我們稱(chēng)之為阻尼

阻尼對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響:阻尼越大,系統(tǒng)的回程誤差增大,定位精度降低.低速運(yùn)行的滑動(dòng)導(dǎo)軌容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象.降低機(jī)械性能.系統(tǒng)的粘性阻尼摩擦越大,使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差增大,精度降低.系統(tǒng)的阻尼摩擦對(duì)系統(tǒng)快速響應(yīng)性產(chǎn)生不利影響如果系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大,則系統(tǒng)固有頻率較低,此時(shí)應(yīng)增大系統(tǒng)粘性阻尼,以減小振幅和衰減振動(dòng).欠阻尼:系統(tǒng)的輸出響應(yīng)的速度快,但振幅大,振蕩衰減慢.臨界阻尼:系統(tǒng)輸出響應(yīng)不發(fā)生振蕩,且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度較快.四、摩擦減小靜摩擦和動(dòng)摩擦的差值五、固有頻率提高固有頻率（提高剛度、降低慣性）六、間隙減小間隙，避免死區(qū)誤差七、傳動(dòng)精度傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差影響系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性.減小傳動(dòng)鏈誤差措施提高零件本身制造精度合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈合理選擇傳動(dòng)類(lèi)型合理確定傳動(dòng)級(jí)數(shù),合理分配傳動(dòng)比合理布置傳動(dòng)鏈采用消除間隙機(jī)構(gòu)例已知齒輪傳動(dòng)比iba=6,蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比idc=60，試分析兩種傳動(dòng)方案的傳動(dòng)精度ABCDCDAB二、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特性計(jì)算在選擇電機(jī)、設(shè)計(jì)伺服控制系統(tǒng)時(shí)，往往要根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行選取和設(shè)計(jì)。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：傳動(dòng)系統(tǒng)中的各運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到特定軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一般計(jì)算折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算的基本原理：動(dòng)能相等原則1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算:

b)平動(dòng)的工作臺(tái)，折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

a)圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量c)齒輪齒條中，工作臺(tái)折算到齒輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量d)相鄰兩傳動(dòng)軸1、2，設(shè)其傳動(dòng)比為i1-2，2軸向1軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算：e鋼帶傳動(dòng)工作臺(tái)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m2vJ=mw2、爬行現(xiàn)象

當(dāng)絲杠2作較低的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)3可能會(huì)出現(xiàn)一快一慢或跳躍式的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為爬行。1）產(chǎn)生爬行的原因和過(guò)程

主動(dòng)件1做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在彈簧力小于靜摩擦力F時(shí)，3不動(dòng)。當(dāng)彈簧力大于靜摩擦力F時(shí)，3開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，摩擦阻力突然降低，使得3加速向前，產(chǎn)生跳躍式運(yùn)動(dòng)。同時(shí)彈簧伸長(zhǎng)，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3的速度降低，動(dòng)摩擦力增大，直到3停止運(yùn)動(dòng)。由于，主動(dòng)件1在做勻速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件的這種反復(fù)跳躍、靜止的現(xiàn)象就稱(chēng)為爬行現(xiàn)象。由上述分析可知，低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素：①靜摩擦力與動(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。②進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。③運(yùn)動(dòng)速度太低。2）消除爬行現(xiàn)象的途徑①提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度a．提高各傳動(dòng)件或組件的剛度，減小各傳動(dòng)軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃?dòng)絲杠的直徑，縮短傳動(dòng)絲杠的長(zhǎng)度，減少和消除各傳動(dòng)副之間的間隙。b．盡量縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)件數(shù)和彈性變形量。c．合理分配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力小，變形小。②減少摩擦力的變化a．用滾動(dòng)摩擦、流體摩擦代替滑動(dòng)摩擦。如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基本上可以消除爬行。b．選擇適當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。c．降低作用在導(dǎo)軌面的正壓力。如減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。d．提高導(dǎo)軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導(dǎo)軌油等都可以減少摩擦力的變化。三、傳動(dòng)裝置的類(lèi)型按工作原理分為：嚙合傳動(dòng)(齒輪傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng))摩擦傳動(dòng)(帶傳動(dòng)、鋼絲繩傳動(dòng))推動(dòng)傳動(dòng)(凸輪連桿機(jī)構(gòu))機(jī)械傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)液力傳動(dòng)流體傳動(dòng)

交流電力傳動(dòng)直流電力傳動(dòng)交、直流電力傳動(dòng)電力傳動(dòng)

磁力傳動(dòng)

一、滾珠絲杠副的工作原理及結(jié)構(gòu)1.滾珠絲杠副的工作原理螺旋傳動(dòng)2.絲杠螺母副傳動(dòng)形式五種傳動(dòng)方式：（1）螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（2）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)（3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)（4）絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（5）差動(dòng)傳動(dòng)方式3.2滾珠絲杠傳動(dòng)裝置2SLap=（e）圖3-1絲杠螺母副傳動(dòng)方式3.滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類(lèi)型

（1）根據(jù)滾道截面形狀（a）單圓?。╞）雙圓弧圖3-2絲杠螺母副螺紋滾道法截面形狀單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磨削螺紋滾道的砂輪成型比較簡(jiǎn)易,易于獲得較高的加工精度,但其接觸角隨著軸向負(fù)載的大小不同,因此傳動(dòng)效率,承載能力、剛度不穩(wěn)定雙圓弧滾道：接觸角基本保持不變，因此傳動(dòng)效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定。3.滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類(lèi)型

（2）根據(jù)滾珠循環(huán)方式圖3-3內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖3-4外循環(huán)結(jié)構(gòu)（a）螺旋槽式外循環(huán)（b）插管式外循環(huán)

（c）端蓋式外循環(huán)二、滾珠絲杠的特點(diǎn)1、傳動(dòng)效率高其中：

中徑處的螺旋升角

當(dāng)量摩擦角

（

）一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達(dá)90%-95%。2、運(yùn)動(dòng)具有可逆性

回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

正傳動(dòng)

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

逆?zhèn)鲃?dòng)

3、傳動(dòng)精度高

精度軸向定位精度進(jìn)給精度誤差：λj)(jllh+=tgtg0035.00025.0-==jmtg218￠-￠mmm300/4m4、磨損小，使用壽命長(zhǎng)

滾珠、滾道、絲杠、螺母都經(jīng)過(guò)淬火、硬化處理HRC58-65。5、不能自鎖

垂直安裝時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母在重力作用下下滑，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)特性不同。解決方法：（1）設(shè)置制動(dòng)裝置（2）加配重平衡運(yùn)動(dòng)部分重力圖3-5絲杠垂直安裝結(jié)構(gòu)方案6、制造工藝復(fù)雜，成本高

三、軸向間隙的調(diào)整

軸向間隙包括兩部分

滾珠與螺母原有的間隙承載時(shí)滾珠與滾道彈性變形引起的間隙

當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，間隙會(huì)使運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空程，從而影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。

通常采用以下方法消除間隙，提高剛度。

五種結(jié)構(gòu)形式：

墊片調(diào)隙式

螺紋調(diào)隙式

齒差調(diào)隙式

變位螺距調(diào)隙式彈簧自動(dòng)調(diào)隙式1、墊片調(diào)隙式

調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于高剛度、重載荷一般精度機(jī)構(gòu)。圖3-6雙螺母墊片調(diào)隙式2、螺紋調(diào)隙式

通過(guò)圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。但不能精確定量調(diào)整，可靠性差。圖3-7雙螺母螺紋調(diào)隙式3、齒差調(diào)隙式

兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數(shù)Z

1、Z2

且Z

2-Z1=1，分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)位移（即在同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒或幾個(gè)齒，根據(jù)間隙大小），然后將內(nèi)齒輪復(fù)位固定，達(dá)到消除間隙的目的。產(chǎn)生的軸向位移（即間隙）δ為：其中：n為螺母同方向轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)p為絲杠的導(dǎo)程圖3-8雙螺母齒差調(diào)隙式npZZ)11(21-=d例：若Z1=99，Z2=100，n=1,p=6mm

則δ=0.6μm

該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，但是調(diào)整的精度高，工作可靠。4、變位螺距調(diào)隙式

預(yù)緊力的大小由±ΔL和滾珠直徑?jīng)Q定。結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、尺寸最緊湊，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是不便于隨時(shí)調(diào)整。5、彈簧自動(dòng)調(diào)隙式能夠自動(dòng)消除使用過(guò)程中由于磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向剛度低。圖3-9單螺母變位調(diào)隙式圖3-10彈簧自動(dòng)調(diào)隙式消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

（1）預(yù)緊力大小必須合適預(yù)緊力過(guò)小不能保證無(wú)隙傳動(dòng)；過(guò)大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過(guò)最大軸向負(fù)載的1/3。最大載荷不能確定時(shí)F預(yù)=額定動(dòng)載荷*預(yù)加載荷類(lèi)型系數(shù)（輕載荷0.05中載荷0.075重載荷0.1

（2）特別要注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。這些間隙用預(yù)緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。四、滾珠絲杠的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法1、主要尺寸公稱(chēng)直徑（滾珠中心圓直徑）

D0（mm）導(dǎo)程(或螺距)p（mm）螺旋升角

λ（°）滾珠直徑

d0(mm)螺紋滾道半徑

R(mm)此外還有：絲杠外徑、絲杠內(nèi)徑、螺母外徑、螺母內(nèi)徑等。2、精度等級(jí)

根據(jù)JB316.2-91《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為5個(gè)等級(jí)：1、2、3、4、5級(jí)（有的參考書(shū)稱(chēng)7個(gè)等級(jí)，另外有7、10級(jí)），1級(jí)最高，5級(jí)最低。JB316.2-82標(biāo)準(zhǔn)，分為C、D、E、F、G、H六個(gè)精度等級(jí)，

一般動(dòng)力傳動(dòng)選4、5級(jí)或F、G、H

數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)械或儀器選1、2、3級(jí)或C、D、E滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度的標(biāo)注方法如圖所示：例：1、FFB-60×6-5-E2左

(漢江機(jī)床廠(chǎng))

螺紋旋向，右旋不標(biāo)檢查項(xiàng)目編號(hào)精度等級(jí)滾珠總?cè)?shù)基本導(dǎo)程公稱(chēng)直徑預(yù)緊方式循環(huán)方式外形結(jié)構(gòu)特征×3、標(biāo)注方法

表3-1滾珠絲杠副主要尺寸及計(jì)算公式表3-3滾珠絲杠副選用參考表3-4滾珠絲杠副選用參考表3-5滾珠絲杠型號(hào)含義五、滾珠絲杠支承方式的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算1、支承方式的選擇

為保證滾珠絲杠副傳動(dòng)的剛度和精度，應(yīng)選擇合適的支承方式，選用軸承組合，一般常用推力軸承和向心球軸承。

四種典型的支承方式：

固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用圓錐滾子軸承兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸、徑向載荷固定端裝深溝球軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷，簡(jiǎn)支端用深溝球軸承徑向約束圖3-11滾珠絲杠典型的支承方式典型支承方式圖3-12單推-單推支承方式典型支承方式圖3-13雙推-游動(dòng)支承方式典型支承方式圖3-14雙推-自由支承方式其中：小時(shí)2、設(shè)計(jì)計(jì)算

已知條件是：工作載荷或平均工作載荷（F或Fm）(N);

絲杠副的使用壽命L（百萬(wàn)轉(zhuǎn)）；

絲杠的工作長(zhǎng)度（或螺母的有效長(zhǎng)度）l;

絲杠的轉(zhuǎn)速n（r/min）;

滾道硬度HRC及運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

設(shè)計(jì)步驟：1、求出計(jì)算載荷FcFc=KFmK為工況系數(shù)

2、根據(jù)壽命計(jì)算出額定動(dòng)載荷3、查滾珠絲杠副系列中的額定動(dòng)載荷

，使

，初選幾個(gè)規(guī)格（或型號(hào)），列出其主要參數(shù)4、驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度、穩(wěn)定性等3、滾珠絲杠副傳動(dòng)剛度的計(jì)算傳動(dòng)剛度由三部分組成：61060′′=nLLh31067.14′=￠hnLcaFCaCaaCC￠3aC￠

滾珠絲杠的拉壓剛度

KC

滾珠絲杠與螺母接觸剛度

KN

滾珠絲杠軸承與軸承座的支承剛度

KB

（1）拉壓剛度KCa、一端固定，一端自由根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)

d1為絲杠螺紋底徑；E為彈性模量

MPa其中：為行程比；

b、兩端固定MLl剛度最低點(diǎn)在：圖3-15nLEdlEdKc442121pp==Lln=5101.2′Ll=LEdKc421minp=MLl剛度最低點(diǎn)在：

（2）接觸剛度KN

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：i為滾珠螺母的有效工作圈數(shù)

F為軸向載荷

（選最大值）

R為滾道半徑

rb

、db為滾珠半徑、直徑

（指軸向）圖3-16

)1(14)11(42121nnLEdlLlEdKc-×=-+=pp2Ll=21mincdEKLp=32025.2159FddiKbN=32027.2667FddiKbN=)11.1(=brR)04.1(=brR（3）支承剛度

包括三部分內(nèi)容軸承軸向剛度KB軸承支座剛度KBR螺母支座剛度KNR這三部分剛度，一般難以精確計(jì)算，根據(jù)結(jié)構(gòu)而定。4、滾珠絲杠副傳動(dòng)的力學(xué)模型傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化成如下圖所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)圖3-17絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度為：m2KBKCminKBRKNKNR5、壓桿穩(wěn)定性核算6、臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是否發(fā)生共振要求絲杠最高轉(zhuǎn)速nmax<ncr7、剛度校核8、傳動(dòng)效率驗(yàn)算9、絲杠使用中注意事項(xiàng)：

例3-2

設(shè)計(jì)一數(shù)控銑床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm＝3800N，絲杠工作長(zhǎng)度L＝1.2m，平均轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，使用壽命＝15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動(dòng)精度要求

mm。解：(1)求計(jì)算載荷Fc

—載荷系數(shù)，按表1選?。?/p>

—硬度系數(shù)，按表2選??；

—精度系數(shù)，按表3選取；

—平均工作載荷（N）。載荷性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)1~1.21.2~1.51.5~2.5滾道實(shí)際硬度HRC≥58555045401.01.111.562.43.85精度系數(shù)C、DE、FGH1.01.11.251.43(2)根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷(3)根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，由查表得如下規(guī)格：規(guī)格型號(hào)公稱(chēng)導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數(shù)動(dòng)負(fù)荷Ca(KN)FFZD5006-550648.9445.9526.4故選FFZD5006-5，其中：

公稱(chēng)直徑：D0=50mm

導(dǎo)程：p=6mm

螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′

滾珠直徑：d0=4mm

滾道半徑：R=0.52d0=0.52×4=2.08mm

絲杠內(nèi)徑：d1=45.9mm

絲杠的最高轉(zhuǎn)速：nmax=1000r/min(4)穩(wěn)定性驗(yàn)算：

①如設(shè)為雙推—簡(jiǎn)支，因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定性來(lái)求臨界載荷式中：E—絲杠的彈性模量，對(duì)鋼

—絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩

—長(zhǎng)度系數(shù)，兩端鉸接時(shí)，m故絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡(jiǎn)支F—S雙推—雙推F—F安全系數(shù)3~42.5~3.3—長(zhǎng)度系數(shù)22/3—臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)1.8753.9274.730

②臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的臨界轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速。

臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：所以不會(huì)發(fā)生共振。（5）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載F和轉(zhuǎn)矩T共同作用下，引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為：

式中：A—絲杠的截面積，(m2)；

—絲杠的極慣性矩，(m4)；

G—鋼的切變模量，對(duì)于鋼G=83.3GPa;F—工作載荷(N)P—絲杠的導(dǎo)程(mm)T—轉(zhuǎn)矩（Nm）取工作載荷F等于平均工作載荷Fm，即F=Fm

，則

絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為：通常，要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即

故絲杠的剛度滿(mǎn)足要求。（6）效率驗(yàn)算滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為要求在90%～95%之間，所以該絲杠副能滿(mǎn)足使用要求。

經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)FZD5006-5各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)

作用：用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

優(yōu)點(diǎn)：

1、瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)精確度高；

2、強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)較緊湊；

3、滿(mǎn)足主軸進(jìn)給速度要求，增大主軸轉(zhuǎn)矩。

缺點(diǎn)：1、齒側(cè)間隙對(duì)傳動(dòng)精度影響；

2、齒輪的磨損引起反轉(zhuǎn)誤差的逐漸擴(kuò)大。3.3（無(wú)側(cè)隙）齒輪傳動(dòng)二.總傳動(dòng)比分配

齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇合理的傳動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。需要確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。可按下述三種原則適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。(1)

最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。如圖，若不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：因?yàn)椋?2)重量最輕原則

對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比滿(mǎn)足，

即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。注意：上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

為了提高機(jī)電系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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)K齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

—第個(gè)n齒輪的轉(zhuǎn)軸至第級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比。三、齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型1、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)消隙和預(yù)載a偏心軸套調(diào)整法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，只能補(bǔ)償齒厚誤差和中心距誤差，不能補(bǔ)償齒輪制造誤差。常用于電機(jī)軸和絲杠之間傳動(dòng)。中心距a圖3-18直齒圓柱齒輪偏心軸套調(diào)整法b雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法（1）可調(diào)拉簧式：齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整彈簧拉力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸大。圖3-19可調(diào)拉簧式調(diào)整法

（2）周向彈簧式：可以自動(dòng)補(bǔ)償側(cè)隙，但拉力不便調(diào)整，承載能力小，不適合驅(qū)動(dòng)裝置，主要用于讀數(shù)裝置。圖3-20周向彈簧式調(diào)整法

墊片錯(cuò)齒調(diào)整圖3-21斜齒圓柱齒輪調(diào)隙法

2.斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

墊片錯(cuò)齒調(diào)整c、雙片齒輪錯(cuò)齒法3.4諧波齒輪傳動(dòng)一、諧波齒輪傳動(dòng)原理波形發(fā)生器是行星輪系的轉(zhuǎn)臂(3(H))剛輪是中心輪(1)柔輪是行星輪(2)圖3-23諧波齒輪傳動(dòng)原理(a)一個(gè)轉(zhuǎn)臂和幾個(gè)輥?zhàn)咏M成諧波發(fā)生器(b)有橢圓盤(pán)和柔性球軸承組成波形發(fā)生器1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(lái)決定。即zG-zR=u。錯(cuò)齒是運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因2．變形：波發(fā)生器的長(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)狀態(tài)。由嚙合到脫開(kāi)的過(guò)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(kāi)的過(guò)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。

利用行星輪系傳動(dòng)原理，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的變形波（近似諧波），并和剛輪作用引起齒間相對(duì)位移，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

由三個(gè)基本構(gòu)件組成：波發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實(shí)質(zhì)是一種新型減速器。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)二、諧波齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)1、傳動(dòng)比大：1.002～1.02或50～500；2、承載能力高；3、傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高；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。

4、體積小，噪聲低

優(yōu)點(diǎn)1、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩大，不適宜于小功率傳動(dòng)；3、不能用于傳動(dòng)比較小場(chǎng)合（i小于35）；4、散熱差缺點(diǎn)二、傳動(dòng)比計(jì)算

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(jiǎn)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(jiǎn)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。四、諧波齒輪型號(hào)五、應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如機(jī)器人、機(jī)器儀表、雷達(dá)中用作運(yùn)動(dòng)傳遞；在冶金、化工、起重運(yùn)輸設(shè)備中傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。

有標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)格可供選擇。圖3-24單級(jí)諧波齒輪減速器型號(hào)3.5同步齒形帶傳動(dòng)一、同步齒形帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，如下圖示。二、同步齒形帶的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)和尺寸規(guī)格1、結(jié)構(gòu)和材料1、傳動(dòng)比比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高；2、工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)；3、傳動(dòng)比范圍大；4、中心距嚴(yán)格，成本高；5、不需潤(rùn)滑，耐油、耐高溫，維護(hù)方便。

與一般帶傳動(dòng)相比的特點(diǎn)：圖3-25同步帶由強(qiáng)力層和帶齒、帶背組成。帶的抗拉元件，保證工作時(shí)節(jié)距不變傳遞帶輪間的動(dòng)力粘結(jié)強(qiáng)力層基體材料：鋼絲、玻璃纖維、芳綸

聚氨脂橡膠、氯丁橡膠圖3-262、主要參數(shù)和規(guī)格主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距t(或pb

):相鄰兩個(gè)齒中心間沿節(jié)線(xiàn)距離，t=πm節(jié)線(xiàn)(Lp)：強(qiáng)力層的中心線(xiàn)。節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度為齒形帶的公稱(chēng)長(zhǎng)度。按GB11616-89規(guī)定，同步帶有單面齒（僅一面有齒）和雙面齒（兩面都有齒）兩種形式，根據(jù)節(jié)距不同分為七種規(guī)格：31.7522.22512.79.5255.083.1752.032節(jié)距（mm）XXHXHHLXLXXLMXL型號(hào)3、同步帶的標(biāo)記帶的標(biāo)記包括長(zhǎng)度代號(hào)、型號(hào)、寬度代號(hào)等。例：420L050寬度代號(hào)（帶寬12.7mm）型號(hào)（節(jié)距9.525mm）節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度代號(hào)（節(jié)線(xiàn)長(zhǎng)度1066.8mm）三、同步帶輪1、帶輪的結(jié)構(gòu)、材料結(jié)構(gòu)如圖示材料：鑄鐵或鋼（一般情況）塑料或鋁合金（高速小功率）

2、帶輪的參數(shù)及尺寸規(guī)格（1）齒形與梯形齒同步帶匹配，齒形有直線(xiàn)形和漸開(kāi)線(xiàn)形兩種。（2）齒數(shù)齒數(shù)少則結(jié)構(gòu)緊湊，但齒數(shù)太少易產(chǎn)生彎曲和疲勞破壞，按國(guó)標(biāo)GB11361-89規(guī)定，小帶輪應(yīng)有許用最小齒數(shù)（參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）。圖3-273、帶輪的標(biāo)記帶輪的標(biāo)記由帶輪齒數(shù)、帶的型號(hào)、輪寬代號(hào)表示。例：30L075輪寬（19.05mm）帶型號(hào)（節(jié)距9.525mm）帶輪齒數(shù)（30個(gè)）四、同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)．失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則同步帶傳動(dòng)主要失效形式有：

(a)

承載繩斷裂原因是帶型號(hào)過(guò)小和小帶輪直徑過(guò)小等。

(b)

爬齒和跳齒原因是同步帶傳遞的圓周力過(guò)大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過(guò)大、帶的初拉力過(guò)小等。

(c)

帶齒的磨損原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過(guò)大等。

在正常的工作條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

其中：Nj為齒形帶傳遞的計(jì)算功率（kW）

[P]為齒形帶單位寬度的許用應(yīng)力（N/mm）

Pc為齒形帶單位寬度的離心應(yīng)力（N/mm）：

v為帶速（m/s）

q為單位長(zhǎng)度、單位寬度的帶重（N/m.mm）

g為重力加速度（m/s2）2、已知條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容

初始數(shù)據(jù)：功率N、轉(zhuǎn)速n、傳動(dòng)比i、空間位置尺寸及工作條件等。計(jì)算內(nèi)容為：（1）確定計(jì)算功率Nj：（2）確定模數(shù)mKg為工況系數(shù)（取決于載荷性質(zhì)）N為傳遞的額定功率查表得到)][1000cPPvjNb-=21qvgPc=Ng