機(jī)電一體化技術(shù)(第2版)課件：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論目錄12.1概述22.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)32.2機(jī)械系統(tǒng)建模42.4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)52.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.1概

述

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。2.1.1機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求1、高精度

精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電—體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。2.1.1機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求2、快速響應(yīng)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速響應(yīng)即是要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開(kāi)始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔短。3、良好的穩(wěn)定性

機(jī)電一體化系統(tǒng)要求其機(jī)械裝置在溫度、振動(dòng)等外界干擾的作用下依然能夠正常穩(wěn)定的工作。既系統(tǒng)抵御外界環(huán)境的影響和抗干擾能力強(qiáng)。2.1.1機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求2.1.2機(jī)械系統(tǒng)的組成主要包括三大部分機(jī)構(gòu)1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而是已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動(dòng)精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是支承和導(dǎo)向，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障，一般指導(dǎo)軌、軸承等。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用以完成操作任務(wù)的直接裝置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。2.1.2機(jī)械系統(tǒng)的組成機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：靜態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。1、靜態(tài)設(shè)計(jì)

靜態(tài)設(shè)計(jì)是指依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，通過(guò)研究制定出機(jī)械系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)方案。該方案只是一個(gè)初步的輪廓，包括系統(tǒng)主要零、部件的種類，各部件之間的聯(lián)接方式，系統(tǒng)的控制方式，所需能源方式等。2.1.3機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想2.1.3機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想2、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是研究系統(tǒng)在頻率域的特性，是借助靜態(tài)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立系統(tǒng)組成各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型和推導(dǎo)出系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)，利用自動(dòng)控制理論的方法求得該系統(tǒng)的頻率特性（幅頻特性和相頻特性）。

系統(tǒng)的頻率特性體現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的反應(yīng)，決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最大工作頻率和抗干擾能力。2.2機(jī)械系統(tǒng)性能分析

為了保證機(jī)電一體化系統(tǒng)具有良好的伺服特性，我們不僅要滿足系統(tǒng)的靜態(tài)特性，還必須利用自動(dòng)控制理論的方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析的是輸入（如電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)）和輸出（如工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)）之間的相對(duì)關(guān)系。等效折算過(guò)程是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)系的機(jī)械系統(tǒng)的慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機(jī)械性能參數(shù)歸一處理，從而通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)反映各環(huán)節(jié)的機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)整體的影響。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立圖2-1數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

機(jī)械裝置的質(zhì)量（慣量）、彈性模量和阻尼等機(jī)械特性參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響是線性疊加關(guān)系，因此在研究各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響時(shí)，可以假設(shè)其它參數(shù)為理想狀態(tài)，單獨(dú)考慮特性關(guān)系。下面就基本機(jī)械性能參數(shù)，分別討論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性模量和阻尼的折算過(guò)程。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J表示具有轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的部件屬性。一個(gè)給定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于部件相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的幾何位置和部件的密度。

機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大致會(huì)產(chǎn)生以下不利的影響：（1）使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大；（2）系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低；（3）系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；

因此在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，機(jī)械部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小。

在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中經(jīng)常同時(shí)由數(shù)個(gè)具有一定質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的直線和旋轉(zhuǎn)部件組成，而且他們對(duì)被研究的元件參數(shù)都將有不同程度的影響，故需要將各運(yùn)動(dòng)元件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)化到被研究的元件上。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立轉(zhuǎn)化原則：轉(zhuǎn)化前后系統(tǒng)的瞬時(shí)動(dòng)能保持不變，即:如果需要將系統(tǒng)向轉(zhuǎn)動(dòng)元件i轉(zhuǎn)化，則其瞬時(shí)動(dòng)能為：如果需要將系統(tǒng)向移動(dòng)元件j轉(zhuǎn)化，則瞬時(shí)動(dòng)能為：2.2.1數(shù)學(xué)模型建立2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

把軸I、Ⅱ、Ⅲ上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作臺(tái)的質(zhì)量都折算到軸I上。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立為系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（或質(zhì)量）折算到軸I上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

分別為Ⅱ、Ⅲ軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作臺(tái)質(zhì)量折算到I軸上的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立2、粘性阻尼系數(shù)的折算

機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程中，相互運(yùn)動(dòng)的元件間存在著阻力，并以不同的形式表現(xiàn)出來(lái)，如摩擦阻力、流體阻力以及負(fù)載阻力等，這些阻力在建模時(shí)需要折算成與速度有關(guān)的粘滯阻尼力。

當(dāng)工作臺(tái)均速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸Ⅲ的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T3完全用來(lái)克服粘滯阻尼力的消耗?？紤]到其它各環(huán)節(jié)的摩擦損失比工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦損失小得多，故只計(jì)工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)C。根據(jù)工作臺(tái)與絲杠之間的動(dòng)力平衡關(guān)系有：2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

即絲杠轉(zhuǎn)一周T3所作的功，等于工作臺(tái)前進(jìn)一個(gè)導(dǎo)程時(shí)其阻尼力所作的功。根據(jù)力學(xué)原理和傳動(dòng)關(guān)系有：式中：Ｃ′——工作臺(tái)導(dǎo)軌折算到軸I上的粘性阻力系數(shù)2.2.1數(shù)學(xué)模型建立3、彈性變形系數(shù)的折算

機(jī)械系統(tǒng)中各元件在工作時(shí)受力或力矩的作用，將產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)、壓縮或扭轉(zhuǎn)等彈性變形，這些變形將影響到整個(gè)系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)特性。建模時(shí)要將其折算成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)或軸向剛度系數(shù)。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

應(yīng)先將各軸的扭轉(zhuǎn)角都折算到軸I上來(lái)，絲杠與工作臺(tái)之間的軸向彈性變形會(huì)使軸Ⅲ產(chǎn)生一個(gè)附加扭轉(zhuǎn)角，也應(yīng)折算到軸I上，然后求出軸I的總扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)。同樣，當(dāng)系統(tǒng)在無(wú)阻尼狀態(tài)下，T1

、T2

、T3等輸入轉(zhuǎn)矩都用來(lái)克服機(jī)構(gòu)的彈性變形。圖2-2彈性變形的等效圖2.2.1數(shù)學(xué)模型建立1）軸向剛度的折算

當(dāng)系統(tǒng)承擔(dān)負(fù)載后，絲杠螺母副和螺母座都會(huì)產(chǎn)生軸向彈性變形，上圖是它的等效作用圖。在絲杠左端輸入轉(zhuǎn)矩T3的作用下，絲杠和工作臺(tái)之間的彈性變形為δ，對(duì)應(yīng)的絲杠附加扭轉(zhuǎn)角為

。根據(jù)動(dòng)力平衡原理和傳動(dòng)關(guān)系，在絲杠軸Ⅲ上有：2.2.1數(shù)學(xué)模型建立式中K′——附加扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)由于絲杠和工作臺(tái)之間軸向彈性變形使軸Ⅲ附加了一個(gè)扭轉(zhuǎn)角

，因此軸Ⅲ上的實(shí)際扭轉(zhuǎn)角

為

將

、

值代入，則有:2.2.1數(shù)學(xué)模型建立（2）扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)的折算設(shè)

、

、

分別為軸I、Ⅱ、Ⅲ在輸入轉(zhuǎn)矩T1

、T2、、T3的作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角。根據(jù)動(dòng)力平衡原理和傳動(dòng)關(guān)系有:2.2.1數(shù)學(xué)模型建立2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

將各軸的扭轉(zhuǎn)角折算到軸I上，得軸I的總扭轉(zhuǎn)角:式中—折算到軸I上的總扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)2.2.1數(shù)學(xué)模型建立4、建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)以上的參數(shù)折算，建立系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程和推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。

設(shè)輸入量為軸I的輸入轉(zhuǎn)角Xi；輸出量為工作臺(tái)的線位移Xo。根據(jù)傳動(dòng)原理，把Xo折算成軸I的輸出角位移

。在軸I上根據(jù)動(dòng)力平衡原理有:2.2.1數(shù)學(xué)模型建立這就是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它是一個(gè)二階線性微分方程。其中

、C’、

均為常數(shù)。通過(guò)對(duì)式進(jìn)行拉氏變換求得該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：2.2.1數(shù)學(xué)模型建立式中

——系統(tǒng)的固有頻率，

ξ——系統(tǒng)的阻尼比，

和ξ是二階系統(tǒng)的兩個(gè)特征參量，它們是由慣量（質(zhì)量）、摩擦阻力系數(shù)、彈性變形系數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的。對(duì)于電氣系統(tǒng)，

和ξ則由R、C、L物理量組成，他們具有相似的特性。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立

將S=jω代入上式，可求出A（ω）和Φ（ω），即該機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。由A（ω）和Φ（ω）我們可以分析出系統(tǒng)輸入輸出之間不同頻率的輸入（或干擾）信號(hào)對(duì)輸出幅值和相位的影響,從而反映了系統(tǒng)在不同精度要求狀態(tài)下的工作頻率和對(duì)不同頻率干擾信號(hào)的衰減能力。2.2.1數(shù)學(xué)模型建立2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

通過(guò)以上的分析可知，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)本身的阻尼比ξ、固有頻率

有關(guān)。

、ξ又與機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)。因此，機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)伺服系統(tǒng)性能有很大影響。1、阻尼的影響一般的機(jī)械系統(tǒng)均可簡(jiǎn)化為二階系統(tǒng)。（1）當(dāng)阻尼比ξ＝0時(shí)，系統(tǒng)處于等幅持續(xù)振蕩狀態(tài)，因此系統(tǒng)不能無(wú)阻尼。（2）當(dāng)ξ≥1時(shí)，系統(tǒng)為臨界阻尼或過(guò)阻尼系統(tǒng)。此時(shí)，過(guò)渡過(guò)程無(wú)震蕩，但響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。（3）當(dāng)0<ξ<1時(shí)，系統(tǒng)為欠阻尼系統(tǒng)。

因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考其性能指標(biāo)，一般取0.5<ξ<0.8的欠阻尼系統(tǒng)，既能保證振蕩在一定的范圍內(nèi)，過(guò)渡過(guò)程較平穩(wěn)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間較短，又具有較高的靈敏度。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響圖2-3二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線2、摩擦的影響

當(dāng)兩物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，其接觸面要產(chǎn)生摩擦。摩擦力可分為粘性摩擦力、庫(kù)侖摩擦力和靜摩擦力三種，方向均與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

摩擦對(duì)伺服系統(tǒng)的影響主要有：引起動(dòng)態(tài)滯后，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差和低速爬行。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

在圖2-4所示機(jī)械系統(tǒng)中，設(shè)系統(tǒng)的彈簧剛度為K。如果系統(tǒng)開(kāi)始處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)輸入軸以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于靜摩擦力矩T的作用，在

范圍內(nèi)，輸出軸將不會(huì)運(yùn)動(dòng)，

值即為靜摩擦引起的傳動(dòng)死區(qū)。在傳動(dòng)死區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)將在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入信號(hào)無(wú)響應(yīng)，從而造成誤差。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響圖2-4力傳遞與彈性變形示意圖

當(dāng)輸入軸以恒速

繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，在

后，輸出軸也以恒速運(yùn)動(dòng)，但始終滯后輸入軸一個(gè)角度。式中

是粘滯摩擦引起的動(dòng)態(tài)滯后；

是庫(kù)侖摩擦所引起的動(dòng)態(tài)滯后；

即為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響低速爬行：通過(guò)壓縮彈簧推動(dòng)靜止的運(yùn)動(dòng)件3，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時(shí)，3不動(dòng)。直到彈簧力剛剛大于F時(shí)，3才開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，動(dòng)摩擦力隨著動(dòng)摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應(yīng)增大，同時(shí)彈簧相應(yīng)伸長(zhǎng)，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)生負(fù)加速度，速度降低，動(dòng)摩擦力相應(yīng)增大，速度逐漸下降，直到3停止運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)件1這時(shí)再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進(jìn)入下一個(gè)周期。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

由以上分析可知，當(dāng)靜摩擦大于庫(kù)侖摩擦，且系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí)（忽略粘性摩擦引起的滯后），在驅(qū)動(dòng)力引起彈性變形的作用下，系統(tǒng)總是啟動(dòng)、停止的交替變化之中運(yùn)動(dòng)，該現(xiàn)象被稱為低速爬行現(xiàn)象，低速爬行導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。爬行—般出現(xiàn)在某個(gè)臨界轉(zhuǎn)速以下，而在高速運(yùn)行時(shí)并不出現(xiàn)。

2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響由上述分析可知，低速爬行現(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。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量減少靜摩擦和降低動(dòng)、靜摩擦之差值，以提高系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性。

因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常常采用摩擦性能良好的導(dǎo)軌——金屬滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、靜、動(dòng)壓導(dǎo)軌；靜、動(dòng)壓軸承、空氣軸承、磁軸承等新型傳動(dòng)件和支承件，并進(jìn)行良好的潤(rùn)滑。

2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響3、彈性變形的影響

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)彈性變形是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和產(chǎn)生動(dòng)態(tài)滯后的主要因素，穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載按指令運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)所有的元件都會(huì)因受力而產(chǎn)生程度不同的彈性變形。

由式可知，其固有頻率與系統(tǒng)的阻尼、慣量、摩擦、彈性變形等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率接近或落入伺服系統(tǒng)帶寬之中時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而無(wú)法工作。因此為避免機(jī)械系統(tǒng)由于彈性變形而使整個(gè)伺服系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)諧振。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

一般要求系統(tǒng)的固有頻率ωn要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于伺服系統(tǒng)的工作頻率。通常采取提高系統(tǒng)剛度、增加阻尼、調(diào)整機(jī)械構(gòu)件質(zhì)量和自振頻率等方法來(lái)提高系統(tǒng)抗振性，防止諧振的發(fā)生。

采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸、對(duì)軸承、絲杠等支承件施加預(yù)加載荷等方法均可以提高零件的剛度。

另外，在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率的情況下，通過(guò)增大阻尼也可以有效地抑制諧振。因此，許多機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)有阻尼器以使振蕩迅速衰減。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響4、慣量的影響

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。

慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢。慣量大，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度。

慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響5、傳動(dòng)間隙對(duì)系統(tǒng)性能的影響

機(jī)械系統(tǒng)中存在著許多間隙，如齒輪傳動(dòng)間隙，螺旋傳動(dòng)間隙等。這些間隙對(duì)伺服系統(tǒng)性能有很大影響，下面以齒輪間隙為例進(jìn)行分析。

2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

圖2-5為一典型旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)伺服系統(tǒng)框圖。圖中所用齒輪根據(jù)不同要求有不同的用途，有的用于傳遞信息（G1、G3），有的用于傳遞動(dòng)力（G2、G4），有的在系統(tǒng)閉環(huán)之內(nèi)（G2、G3），有的在系統(tǒng)閉環(huán)之外（G1、G4）。由于它們?cè)谙到y(tǒng)中的位置不同，其齒隙的影響也不同。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響圖2-5典型轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)框圖1、閉環(huán)之外的齒輪G1、G4的齒隙，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無(wú)影響，但影響伺服精度。由于齒隙的存在，在傳動(dòng)裝置逆運(yùn)行時(shí)造成回程誤差，使輸出軸與輸入軸之間呈非線性關(guān)系，輸出滯后于輸入，影響系統(tǒng)的精度。2、閉環(huán)之內(nèi)傳遞動(dòng)力的齒輪G2的齒隙，對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)精度無(wú)影響，這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)有自動(dòng)校正作用。閉環(huán)之內(nèi)動(dòng)力傳遞齒輪的齒隙對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有影響。2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響3、反饋回路上數(shù)據(jù)傳遞齒輪G3的齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度。

因此，應(yīng)盡量減小或消除間隙，目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，廣泛采取各種機(jī)械消隙機(jī)構(gòu)來(lái)消除齒輪副、螺旋副等傳動(dòng)副的間隙。

2.2.2機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是在動(dòng)力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配，并可通過(guò)機(jī)構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的速度調(diào)節(jié)。2.3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的要求

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性能（即精度高，快速響應(yīng)性和穩(wěn)定性高），從而要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足以下幾個(gè)方面:

1.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小

在不影響系統(tǒng)剛度的前提下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量減小。否則，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降；系統(tǒng)固有頻率減小，容易產(chǎn)生諧振。所以在設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2.剛度大

剛度是彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。大剛度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)是有利的：①伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失隨之減小。②機(jī)構(gòu)固有頻率高，超出機(jī)構(gòu)的頻帶寬度使之不易產(chǎn)生共振。③增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先用大剛度機(jī)構(gòu)。

3.阻尼合適

機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)系統(tǒng)阻尼越大，其最大振幅就越小且損減也越快，但大阻尼也會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用大剛度的機(jī)構(gòu)。2.3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的要求2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

由于齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)精確度高，可以做到零側(cè)隙無(wú)回差，強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦力小和效率高等原因，齒輪傳動(dòng)副稱為機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中目前使用最多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

機(jī)電一體化產(chǎn)品往往要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自動(dòng)變向功能，這就要求齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須采取措施消除尺側(cè)間隙，以保證機(jī)構(gòu)的雙向傳動(dòng)精度。1、圓柱齒輪傳動(dòng)

(1)偏心套(軸)調(diào)整法如圖2-6所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上，并將電動(dòng)機(jī)2安裝在偏心套1（或偏心軸）上，通過(guò)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。本方法特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2-6偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)

1—偏心軸套2—電動(dòng)機(jī)3—箱體4—小齒輪5—大齒輪(2)軸向墊片調(diào)整法

如圖2-7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)同偏心軸套調(diào)整法。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2-7軸向墊片式調(diào)整法1、2—齒輪3—軸向墊片(3)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(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)。

2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)①周向彈簧法

在兩個(gè)薄片齒輪3和4上，各開(kāi)了幾條周向槽，并在齒輪3和4的斷面上各壓配有安裝彈簧2的短柱1，在彈簧2的作用下使薄片齒輪4和3錯(cuò)位而消除齒側(cè)隙。圖2-8圓柱薄片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒調(diào)整法1—柱銷2—彈簧3、4—薄片齒輪2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法①可調(diào)拉簧式

在兩個(gè)薄片齒輪1和2上裝有螺紋的柱銷3。彈簧4的一端鉤在柱銷上，另一端鉤在螺釘7上。彈簧4所受到的拉力大小可用螺母5來(lái)調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長(zhǎng)度。調(diào)整好后可用螺母6來(lái)鎖緊。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2-9圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯(cuò)齒調(diào)整法1、2—薄片齒輪3—柱銷4—彈簧5、6—螺母7—螺釘(3)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法2、斜齒輪傳動(dòng)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(kāi)了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開(kāi)了。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

如圖2-10所示，在兩個(gè)薄片齒輪3和4的中間，加一個(gè)墊片2，這樣一來(lái)，薄片齒輪3和4的螺旋線就錯(cuò)位，而分別與寬齒輪1齒的左右側(cè)面貼緊。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、斜齒輪傳動(dòng)圖2-10斜齒薄片齒輪墊片錯(cuò)齒調(diào)整法（1）墊片調(diào)整法

如圖2-11所示，兩個(gè)薄片齒輪1和2用滑鍵套在軸上，彈簧5的軸向壓力可用螺母6來(lái)調(diào)節(jié)，而使兩薄片齒輪1和2的齒側(cè)面，分別貼緊在寬齒輪3齒槽的左右兩側(cè)面。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、斜齒輪傳動(dòng)圖2-11斜齒薄片齒輪軸向壓簧調(diào)整法（2）軸向壓簧調(diào)整法3、錐齒輪傳動(dòng)2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2-12錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法1、4—錐齒輪2、3—鍵

5—壓簧6—螺母7—傳動(dòng)軸

軸向壓簧調(diào)整法原理如圖2-12所示，在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側(cè)間隙。（1）軸向壓簧調(diào)整法

(2)周向彈簧調(diào)整法如圖2-13所示，將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片（1、2），在大片錐齒輪1上制有三個(gè)周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個(gè)可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動(dòng)螺釘6裝配時(shí)用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2-13錐齒輪周向彈簧調(diào)整法3、錐齒輪傳動(dòng)

大型數(shù)控機(jī)床（大型的龍門銑床）工作臺(tái)的行程很長(zhǎng)。由于絲杠太長(zhǎng)容易下垂，變形影響傳動(dòng)精度及工作性能。

所以對(duì)于行程很長(zhǎng)的數(shù)控機(jī)床，常采用齒輪齒條傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)它的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

但是齒輪齒條傳動(dòng)和其他齒輪傳動(dòng)一樣都存在齒側(cè)隙，也需消除間隙的措施。2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。通過(guò)預(yù)載裝置4向齒輪3上圖2-14齒輪齒條的雙齒輪調(diào)隙機(jī)構(gòu)。預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方何轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。

2.3.2無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十~幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應(yīng)用。1、諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理

2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)圖2-15諧波齒輪傳動(dòng)1—柔輪2—?jiǎng)傒咹—波形發(fā)生器2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)

諧波傳動(dòng)由三個(gè)主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪l、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長(zhǎng)度略大于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開(kāi)。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長(zhǎng)短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開(kāi)處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)

在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間，柔輪上一點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)與波發(fā)生器上的凸起部位數(shù)是一致的，稱為波數(shù)。常用的有兩波和三波兩種。為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波發(fā)生器波數(shù)(即波發(fā)生器上的滾輪數(shù))的整倍數(shù)，通常取為等于波數(shù)。2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)臂---波發(fā)生器行星輪---柔輪中心輪----剛輪（1）傳動(dòng)比大。單級(jí)諧波齒輪的傳動(dòng)比為70～500（2）承載能力大。（3）傳動(dòng)精度高。（4）可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。（5）傳動(dòng)平穩(wěn)，基本上無(wú)沖擊振動(dòng)。（6）傳動(dòng)效率較高。單級(jí)傳動(dòng)的效率一般在69%～96%的范圍內(nèi)，壽命長(zhǎng)。（7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小。2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)2、諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)2、諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)（缺點(diǎn)）（1）柔輪承受較大的交變載荷，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）傳動(dòng)比下限值較高；（3）不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)

諧波齒輪傳動(dòng)中，剛輪、柔輪和波發(fā)生器這三個(gè)基本構(gòu)件，其中任何一個(gè)都可作為主動(dòng)件，其余兩個(gè)，一個(gè)作為從動(dòng)件，一個(gè)為固定件。3、諧波齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算表2-1

單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比

設(shè)波形發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂H，柔輪相當(dāng)于行星輪r，剛輪相當(dāng)于中心輪g，則:（2-24）2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)3、諧波齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)圖2-16a所示為波形發(fā)生器輸入、剛輪固定、柔輪輸出工作圖，圖2-16b所示為波形發(fā)生器輸入、柔輪固定、剛輪輸出工作圖。圖2-16諧波齒輪的傳動(dòng)a)波形發(fā)生器輸入、剛輪固定、柔輪輸出b)波形發(fā)生器輸入、柔輪固定、剛輪輸出2.3.3諧波齒輪傳動(dòng)4、諧波齒輪的應(yīng)用

用于如機(jī)器人、無(wú)線電天線伸縮器、手搖式諧波傳動(dòng)增速發(fā)電機(jī)、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星通信地面站天線的方位和俯仰傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電子儀器、儀表、精密分度機(jī)構(gòu)、小側(cè)隙和零側(cè)隙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。滾珠花鍵—可作靈敏、輕便的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，也可以軸帶套或以套帶軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以滾動(dòng)花鍵副既是一種傳動(dòng)裝置，又是一種新穎的直線運(yùn)動(dòng)支承。2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)1-保持架，2-橡皮密封圈，3-鍵槽，4-外筒，5-油孔，6-負(fù)荷滾珠列，7-退出滾珠列，8-花鍵軸圖2-17滾珠花鍵傳動(dòng)1、滾珠花鍵工作原理2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)

如圖2-17所示。在花鍵軸8的外圓上，配置有等分的三條凸緣。凸緣的兩側(cè)，就是花鍵軸的滾道。同樣，花鍵套上也有相對(duì)應(yīng)的六條滾道。滾珠就位于花鍵軸和花鍵套的滾道之間。于是滾動(dòng)花鍵副內(nèi)就形成了六列負(fù)荷滾珠，每三列傳遞一個(gè)方向的力矩。當(dāng)花鍵軸8與花鍵套4作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠就在滾道和保持架1內(nèi)的通道中循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)如圖所示，滾珠中心圓為d0。滾珠與花鍵套和花鍵軸滾道的接觸角為45°。因此既能承受徑向載荷，又能傳遞力矩。滾珠花鍵傳動(dòng)主要用于高速場(chǎng)合，運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)60m/min。2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)

滾珠花鍵傳動(dòng)目前廣泛地用于鏜床、鉆床、組合機(jī)床等機(jī)床的主軸部件；各類測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)繪圖儀中的精密導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；壓力機(jī)、自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)等機(jī)械的導(dǎo)向軸；各類變速裝置及刀架的精密分度軸以及各類工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

滾珠花鍵副1979年榮獲日本發(fā)明振興協(xié)會(huì)的“發(fā)明大獎(jiǎng)”2、滾珠花鍵的應(yīng)用2.3.4滾珠花鍵傳動(dòng)滾珠花鍵應(yīng)用案例2.3.5同步帶傳動(dòng)

同步齒形帶，是一種新型的帶傳動(dòng)，如圖所示。它是利用同步帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。同步齒形帶傳動(dòng)在數(shù)控機(jī)床、辦公自動(dòng)化設(shè)備等機(jī)電一體化產(chǎn)品上得到了廣泛應(yīng)用。2.3.5同步帶傳動(dòng)1、同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)（1）傳動(dòng)過(guò)程中無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，因而可以保持恒定的傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度較高。（2）工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)噪音，有良好的減振性能，無(wú)需潤(rùn)滑。（3）無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷較小，傳動(dòng)效率較高，高于V帶10%。（4）制造工藝較復(fù)雜，傳遞功率較小，壽命較低。2

、同步齒形帶的結(jié)構(gòu)

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。如圖所示是這兩種同步齒形帶的縱向截面，主要由強(qiáng)力層、帶齒和帶背組成，此外在齒面上覆蓋了一層尼龍帆布，用以減小傳動(dòng)齒與帶輪的嚙合摩擦。圖2-20同步齒形帶（a）梯形齒

（b）圓弧齒

（c）齒形帶的結(jié)構(gòu)1-強(qiáng)力層，2-帶齒，3-帶背2.3.5同步帶傳動(dòng)

梯形齒同步帶在傳遞功率時(shí)，由于應(yīng)力集中在齒根部位，使功率傳遞能力下降。同時(shí)由于梯形齒同步帶與帶輪是圓弧形接觸，當(dāng)小帶輪直徑較小時(shí)，將使梯形齒同步帶的齒形變形，影響與帶輪齒的嚙合，不僅受力情況不好，而且在速度很高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲和振動(dòng)，這對(duì)于速度較高的主傳動(dòng)來(lái)說(shuō)是很不利的。因此，梯形齒同步帶在數(shù)控機(jī)床特別是加工中心的主傳動(dòng)中很少使用，一般僅在轉(zhuǎn)速不高的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)或小功率傳動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)中使用。2.3.5同步帶傳動(dòng)

圓弧齒同步齒形帶克服了梯形齒同步帶的缺點(diǎn)，均化了應(yīng)力，改善了嚙合。因此，在加工中心上，無(wú)論是主傳動(dòng)還是伺服進(jìn)給傳動(dòng)，當(dāng)需要用帶傳動(dòng)時(shí)，總是優(yōu)先考慮采用圓弧齒同步齒形帶。2.3.5同步帶傳動(dòng)同步齒形帶的主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距t，如圖2-21所示。圖2-21同步齒形帶主要參數(shù)

2.3.5同步帶傳動(dòng)3、同步齒形帶的主要參數(shù)與規(guī)格（1）節(jié)距t：

節(jié)距是指相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。（2）模數(shù)m：

它是節(jié)距t與π之比，即m=t/π，一般取值范圍

為1～10mm。（3）齒形帶的其他參數(shù)和尺寸:

齒數(shù)、寬度、齒距等。2.3.5同步帶傳動(dòng)2.3.6滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。1、工作原理與特點(diǎn)絲杠滾珠螺母滾珠回路圖

滾珠絲杠工作原理圖

在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3.6滾珠絲杠螺母副2、滾珠絲杠螺母副特點(diǎn)：（1)摩擦小，效率高，發(fā)熱少；（2)絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高了傳動(dòng)剛度；（3)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；（4)磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好；（5)不能自鎖，有可逆性，絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。2.3.6滾珠絲杠螺母副3、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整2.3.6滾珠絲杠螺母副（1）滾珠絲杠螺母副螺紋滾道的截面形狀

圖

2-24

所示為滾珠絲杠副螺紋滾道的法向截面形狀，其中滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂線間的夾角稱為接觸角

β。

滾道型面是指通過(guò)滾珠中心作螺旋線的法截平面與絲杠、螺母螺紋滾道面的交線所在平面。常用的滾道型面有單圓弧和雙圓弧兩種。圖2-24滾珠絲杠副螺紋滾道的法向截面形狀a)單圓弧滾道b)雙圓弧型滾道2.3.6滾珠絲杠螺母副

常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。（2）滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式2.3.6滾珠絲杠螺母副特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，不能用于多頭螺紋1）內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)過(guò)程中和絲杠始終不脫離接觸的循環(huán)方式稱為內(nèi)循環(huán)2.3.6滾珠絲杠螺母副

1—絲杠2—螺母3—滾珠4—反向回珠器

圖2-25內(nèi)循環(huán)中螺母的結(jié)構(gòu)2）外循環(huán)每一列鋼珠轉(zhuǎn)幾圈后經(jīng)插管回珠器返回。插管式回珠器位于螺母之外。

外循環(huán)有以下三種形式：①螺旋槽式，②插管式，③端蓋式外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡(jiǎn)單，其滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾動(dòng)的平穩(wěn)性，甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，噪聲也較大。2.3.6滾珠絲杠螺母副圖2-26螺旋槽式外循環(huán)結(jié)構(gòu)1—套筒2—螺母

3—滾珠

4—擋珠器1—螺母

2—蓋板

圖2-28端蓋式外循環(huán)結(jié)構(gòu)2.3.6滾珠絲杠螺母副圖2-27插管式外循環(huán)結(jié)構(gòu)2.3.6滾珠絲杠螺母副101（3）滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方法

滾珠絲杠螺母預(yù)緊的目的消除反向間隙、提高其剛度。

預(yù)緊方法有三種，基本原理都是使兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向位移，以消除它們之間的間隙和施加預(yù)緊力。2.3.6滾珠絲杠螺母副1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式圖2-29雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式1、3—絲杠螺母2—普通螺母4—滑鍵

絲杠螺母1的外端有凸緣，而絲杠螺母3的外端無(wú)凸緣，僅制有螺紋，并通過(guò)兩個(gè)圓螺母固定。調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)圓螺母2消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊螺母鎖緊。2.3.6滾珠絲杠螺母副2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式圖2-30齒差預(yù)緊調(diào)整式1、4—螺母2、3—內(nèi)齒輪2.3.6滾珠絲杠螺母副

兩個(gè)螺母的兩端分別制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個(gè)齒，通過(guò)兩端的兩個(gè)內(nèi)齒輪與上述圓柱齒輪相嚙合并用螺釘和定位銷固定在套筒上。調(diào)整時(shí)先取下兩端的內(nèi)齒輪，當(dāng)兩個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒固定后，則一個(gè)滾珠螺母相對(duì)于另一個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，使兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而消除間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力例如：設(shè)絲杠導(dǎo)程L0=10mm，齒輪齒數(shù)Z1=99、Z2=100，如兩齒輪各轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)n=1時(shí)，則兩螺母間相對(duì)軸向位移量為：2.3.6滾珠絲杠螺母副3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式圖2-31墊片調(diào)整預(yù)緊式1—螺母2—墊片如圖2-31所示，調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度好、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。2.3.6滾珠絲杠螺母副4）彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式

如圖2-32所示，雙螺母中一個(gè)活動(dòng)另一個(gè)固定，用彈簧使其之間產(chǎn)生軸向位移并獲得預(yù)緊力。其特點(diǎn)是能消除使用過(guò)程中由于磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低。圖2-32彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式2.3.6滾珠絲杠螺母副5）單螺母消除間隙目前常用的單螺母消隙方法主要是單螺母變位螺距預(yù)加負(fù)荷和單螺母螺釘預(yù)緊兩種。2.3.6滾珠絲杠螺母副圖2-33單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式

機(jī)電一體化產(chǎn)品要求其機(jī)械系統(tǒng)的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須得到安全的支撐，并能準(zhǔn)確的完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)任務(wù)就由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)電一體化化產(chǎn)品的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌，其作用是支撐和導(dǎo)向。2.4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)1、導(dǎo)軌的分類一副導(dǎo)軌主要由兩部分組成，在工作時(shí)一部分保持固定不動(dòng)，稱為支撐導(dǎo)軌（或?qū)?dòng)軌），在另一部分相對(duì)支撐導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)導(dǎo)軌（或滑座）。根據(jù)導(dǎo)軌副（簡(jiǎn)稱導(dǎo)軌）之間的摩擦情況，導(dǎo)軌分為：1．滑動(dòng)導(dǎo)軌

兩導(dǎo)軌工作面的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦?？煞譃槠胀▽?dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌。滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機(jī)械產(chǎn)品中最廣泛使用的導(dǎo)軌形式。2.滾珠導(dǎo)軌

兩導(dǎo)軌之間為滾動(dòng)摩擦，導(dǎo)向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體來(lái)實(shí)現(xiàn)兩導(dǎo)軌無(wú)滑動(dòng)地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種導(dǎo)軌磨損小，壽命長(zhǎng)，定位精度高，靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾何精度要求高，抗震性較差，防護(hù)要求高，制造困難，成本高。因此在高精度的機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。2.4.1導(dǎo)軌的分類和基本要求

導(dǎo)軌的功用概括為起導(dǎo)向和支承作用，在設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：

1.有一定的導(dǎo)向精度

導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性(對(duì)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌)或真圓性(對(duì)圓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌)及它與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。

2.有良好的精度保持性

精度保持性是指導(dǎo)軌能否長(zhǎng)期保持原始精度，喪失精度保持性的主要因素是由于導(dǎo)軌的磨損、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及支承件材料的穩(wěn)定性有關(guān)。數(shù)控機(jī)床常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌。2、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求2.4.1導(dǎo)軌的分類和基本要求1113.有足夠的剛度導(dǎo)軌的剛度主要決定于其類型、結(jié)構(gòu)形式和尺寸大小點(diǎn)軌與床身的聯(lián)接方式，導(dǎo)軌材料和表面加工質(zhì)量等。數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌截面積的尺寸，或在主導(dǎo)軌外添加輔助導(dǎo)軌來(lái)提高剛度。

4.有良好的摩擦特性導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，而且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近，以減小摩擦阻力和導(dǎo)軌熱變形，使運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)，低速無(wú)爬行，這對(duì)數(shù)控機(jī)床特別重要。

5.導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)工藝性要好，便于制造和裝配，便于檢驗(yàn)、調(diào)整和維修，有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑措施等。2.4.1導(dǎo)軌的分類和基本要求1、普通滑動(dòng)導(dǎo)軌

普通滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，常用的導(dǎo)軌截面形狀有矩形、三角形及燕尾形三種，如圖所示。2.4.2滑動(dòng)導(dǎo)軌（a）為三角形導(dǎo)軌，它具有較高的導(dǎo)向性，而且該導(dǎo)軌面有了磨損時(shí)會(huì)自動(dòng)下沉補(bǔ)償磨損量，精度保持性也較高，但是它的當(dāng)量摩擦因數(shù)較高，因而承載能力不如矩形導(dǎo)軌。

（b）為矩形導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌當(dāng)量摩擦因數(shù)小，剛度高，承載能力高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，便于加工和維修。該導(dǎo)軌的側(cè)良間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，需設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。

（c）為燕尾形導(dǎo)軌，它結(jié)構(gòu)緊湊自成閉式，可以承受顛覆力矩，也需設(shè)置側(cè)隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，這種導(dǎo)軌剛度較差，適于受力不大要求結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊的地方。2.4.2滑動(dòng)導(dǎo)軌2、液態(tài)靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌的滑動(dòng)面之間開(kāi)有油腔，將有一定壓力的油通過(guò)節(jié)流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運(yùn)動(dòng)部件，使導(dǎo)軌工作表面處于純液體摩擦，不產(chǎn)生磨損。

(一）特點(diǎn)其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)精度保持性好；

(2)摩擦系數(shù)也極低(0.0005)，驅(qū)動(dòng)功率大大降低；

(3)其運(yùn)動(dòng)不受速度和負(fù)載的限制，低速無(wú)爬行，承載能力大，剛度好；

(4)油液有吸振作用，抗振性好，導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱也小。

其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要有供油系統(tǒng)，油的清潔度要求高。2.4.2滑動(dòng)導(dǎo)軌115節(jié)流器濾油器溢流閥油箱運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)軌圖2-35開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌工作原理由于承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開(kāi)式和閉式兩種。開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌的工作原理，如圖所示。2.4.2滑動(dòng)導(dǎo)軌

開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌只能承受垂直方向的負(fù)載，承受顛覆力矩的能力差。移動(dòng)件導(dǎo)軌圖2-36

閉式靜壓導(dǎo)軌工作原理閉式靜壓導(dǎo)軌能承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌剛度也較高，其工作原理如圖下所示。

靜壓導(dǎo)軌主要用于精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。2.4.2滑動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌工作面間安裝滾動(dòng)件，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小、摩擦發(fā)熱小、運(yùn)動(dòng)靈活、精度保持性好、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。缺點(diǎn)是滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。

滾動(dòng)導(dǎo)軌常用的滾動(dòng)體有滾珠、滾柱、滾針，特點(diǎn)是：

滾珠導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低，適用于運(yùn)動(dòng)部件重量不大，切削力和顛覆力矩都較小的機(jī)床。

滾柱導(dǎo)軌的承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的機(jī)床。

滾針導(dǎo)軌的特點(diǎn)是滾針尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于導(dǎo)軌尺寸受到限制的機(jī)床。2.4.3滾動(dòng)導(dǎo)軌1、滾動(dòng)導(dǎo)軌的組成2.4.3滾動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成，如圖2-37所示。圖2-37直線導(dǎo)軌副1—滾珠2、6—回珠孔3、9—密封墊4—擋板5、8—滑塊7、10—導(dǎo)軌條

直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌條通常為兩根，裝在支承件上，如圖2-38所示。每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上。如移動(dòng)件較長(zhǎng)，也可在一根導(dǎo)軌條上裝3個(gè)或3個(gè)以上的滑塊。如移動(dòng)件較寬，也可用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。2.4.3滾動(dòng)導(dǎo)軌圖2-38直線導(dǎo)軌副的配置2.4.3滾動(dòng)導(dǎo)軌2、滾動(dòng)導(dǎo)軌塊

近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多地采用了由專業(yè)廠生產(chǎn)制造的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌塊或?qū)к壐苯M件。該種導(dǎo)軌組件本身制造精度很高，而對(duì)機(jī)床的安裝基面要求不高，安裝、調(diào)整都非常方便。圖2-39滾動(dòng)導(dǎo)軌塊1—螺釘2—支承塊3—移動(dòng)件4—滾柱5—支承導(dǎo)軌6—擋板2.4.3滾動(dòng)導(dǎo)軌圖：滾動(dòng)導(dǎo)軌模組2.4.4空氣軸承/導(dǎo)軌

空氣軸承（又稱為氣浮軸承）指的是用氣體作為潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)軸承?？諝獗扔驼硿孕。透邷?，無(wú)污染，因而可用于高速機(jī)器、儀器及放射性裝置中，但其負(fù)荷能力比油低。空氣軸承分為三大類：空氣靜壓軸承、空氣動(dòng)壓軸承和擠壓膜軸承。在一般工業(yè)中，空氣靜壓軸承用得較廣泛。1、結(jié)構(gòu)由軸承內(nèi)圈和外圈，外圈上有空氣的進(jìn)出口空，內(nèi)圈上有噴嘴。具體見(jiàn)附圖2、工作原理空氣軸承是利用空氣彈性勢(shì)來(lái)起支承作用的一種新型軸承。2.4.4空氣軸承/導(dǎo)軌2.4.4空氣軸承/導(dǎo)軌2.4.4空氣軸承3、空氣軸承有很多優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)很少！2.4.4空氣軸承2.4.4空氣軸承4、應(yīng)用場(chǎng)合

空氣潤(rùn)滑高速直線軸承，行程600mm;

速度8m/s;加速度180m/s2;重復(fù)精度0.2μm。這些軸非常適合半導(dǎo)體行業(yè)中快速準(zhǔn)確的拾取和放置應(yīng)用。2.4.4空氣軸承2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)1、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑（1）潤(rùn)滑的目的、要求與方式

潤(rùn)滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。

潤(rùn)滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤(rùn)滑油，油量可以調(diào)節(jié)，盡量采取自動(dòng)和強(qiáng)制潤(rùn)滑，潤(rùn)滑元件要可靠，要有安全裝置。例如，靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜之前不能開(kāi)車和潤(rùn)滑不正常有報(bào)警信號(hào)等。

導(dǎo)軌的潤(rùn)滑方式有：人工定期向?qū)к壝鏉灿?，在運(yùn)動(dòng)部件上裝油杯使油沿油孔流或滴向?qū)к壝?，在運(yùn)動(dòng)部件上裝潤(rùn)滑電磁泵等。

導(dǎo)軌常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。

滑動(dòng)導(dǎo)軌用潤(rùn)滑油。

滾動(dòng)導(dǎo)軌支承多用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。它的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)泄漏，不需經(jīng)常加油；缺點(diǎn)是塵屑進(jìn)入后易磨損導(dǎo)軌。

因此對(duì)防護(hù)要求較高。易被污染又難以防護(hù)的地方，可用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。1、導(dǎo)軌的潤(rùn)滑（2）潤(rùn)滑油的選擇2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)2、導(dǎo)軌的防護(hù)2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)

防止或減少導(dǎo)軌副磨損的重要方法之一，就是對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行防護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有可靠防護(hù)裝置的導(dǎo)軌，比外露導(dǎo)軌的磨損量可減少60％左右。

常用的防護(hù)方式有以下幾種：1）刮板式圖2-40a的耐熱能力好，但只能排除較大的硬粒。圖2-40b除可去除細(xì)小的塵屑之外，還具有良好的吸油能力。圖2-40c的耐熱能力好、防護(hù)能力強(qiáng)并有良好的潤(rùn)滑性。結(jié)構(gòu)稍

復(fù)雜，應(yīng)用很多。2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)1—金屬刮板2—毛氈刮板133圖2-41伸縮式導(dǎo)軌保護(hù)裝置2）伸縮式

圖a軟式皮腔式防護(hù)裝置，一般用皮革、帆布或人造革制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于高速導(dǎo)軌。缺點(diǎn)是不耐熱。這種防護(hù)裝置多用于磨床和精密機(jī)床，如導(dǎo)軌磨床等。但不能用于車床銑床等有紅熱切屑的機(jī)床。2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)圖2-41b層式的各層蓋板均由鋼板制成，耐熱性好，強(qiáng)度高，剛性好，使用壽命長(zhǎng)。該防護(hù)裝置多用于大型和精密機(jī)床，如龍門式機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和坐標(biāo)鏜床等。圖2-41伸縮式導(dǎo)軌保護(hù)裝置2.4.4導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)135從設(shè)計(jì)角度提高耐磨性的基本思路是：盡量爭(zhēng)取無(wú)磨損；在無(wú)法避免磨損時(shí)盡量爭(zhēng)取少磨損、均勻磨損以及磨損后能夠補(bǔ)償，以便提高使用期限。(一)爭(zhēng)取無(wú)磨損

磨損的原因是配合面在一定的壓強(qiáng)作用下直接接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此不磨損的條件是配合面在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)不直接接觸，接觸時(shí)則無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其辦法之一是使?jié)櫥瑒┌涯Σ撩嫱耆指糸_(kāi)。如靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承或其它的靜壓副。

2.4.5提高導(dǎo)軌耐磨性的措施136

(二)爭(zhēng)取少磨損

爭(zhēng)取無(wú)磨損只能在少數(shù)和特殊情況下才能做到。多數(shù)情況只能爭(zhēng)取少磨損以延長(zhǎng)工作期限。1．降低壓強(qiáng)

采用加大導(dǎo)軌的接觸面和減輕負(fù)荷的辦法來(lái)降低壓強(qiáng)。提高導(dǎo)軌面的直線度和細(xì)化表面粗糙度，均可增加實(shí)際接觸面積。2．改變摩擦性質(zhì)

用滾動(dòng)副代替滑動(dòng)副，可以減少磨損。在滑動(dòng)摩擦副中保證充分潤(rùn)滑避免出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦，也可降低磨損。2.4.5提高導(dǎo)軌耐磨性的措施137