第四章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng).ppt

1、第四章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容： 4.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 4.2 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng) 4.3 諧波齒輪傳動(dòng) 4.4 同步帶傳動(dòng) 4.5 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),4.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng),一、負(fù)載的等效換算,1、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算,2、等效負(fù)載力矩的計(jì)算,由于,所以,采用工程上常用單位時(shí)，上式改寫(xiě)為,二、齒輪系傳動(dòng)比最佳分配條件,等效到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：,三、齒輪副間隙的調(diào)整,1、剛性調(diào)整法,調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法。,調(diào)整中心距法結(jié)構(gòu),帶錐度齒輪法結(jié)構(gòu),斜齒輪法結(jié)構(gòu),2、柔性調(diào)整法,通過(guò)雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。,拉簧消除間隙

2、結(jié)構(gòu),碟形彈簧消除間隙結(jié)構(gòu),壓簧消除間隙結(jié)構(gòu),單面接觸消除間隙結(jié)構(gòu),齒輪齒條傳動(dòng)消除間隙原理,4.2 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng),一、特點(diǎn),磨損小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn) 壽命長(zhǎng)、精度高、溫升低等優(yōu)點(diǎn)； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高； 傳動(dòng)的距離和速度有限。,二、結(jié)構(gòu)類型,a),b),滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型,a)外循環(huán)插管式,b)內(nèi)循環(huán)反向器式,端蓋式外循環(huán),三、螺紋滾到型面（法向）的形狀,螺紋滾道法向截面形狀,四、滾柱絲杠副間隙的消除及預(yù)緊方法,雙螺母齒差式預(yù)緊結(jié)構(gòu),雙螺母螺紋式預(yù)緊結(jié)構(gòu),1、2螺母 3絲杠 4套筒 5平鍵 6圓螺母,a),b),雙螺母墊片式預(yù)緊結(jié)構(gòu),a)壓緊式,b)拉緊式,單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊結(jié)構(gòu)

3、,1螺母 2絲杠 3滾球,五、精度等級(jí),滾珠絲杠副的精度根據(jù)JB3162-91,可以分為7個(gè)精度等級(jí)：1、2、3、4、5、7、10，其中1級(jí)最高，依次遞減。,不同精度等級(jí)參數(shù)(m),六、標(biāo)注方法,七、滾珠絲杠副的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及計(jì)算,主要參數(shù)：公稱直徑、基本導(dǎo)程、小徑、大徑、滾動(dòng)體直徑,1、承載能力的計(jì)算,對(duì)于低速運(yùn)轉(zhuǎn)(n10rmin)的滾珠絲杠，無(wú)需計(jì)算其最大動(dòng)載荷Q值，而只考慮最大靜負(fù)載是否充分大于最大工作負(fù)載即可。,計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載荷Q，選擇絲杠的型號(hào),式中，,滾珠絲杠壽命系數(shù),載荷系數(shù),硬度系數(shù),最大的工作載荷（或平均工作載荷）,2、壓桿穩(wěn)定性核算,式中，,實(shí)際承受載荷的能力,

4、壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù),鋼的彈性模量,絲杠小徑d1的截面慣性矩,壓桿穩(wěn)定安全系數(shù),基本導(dǎo)程,3、剛度的驗(yàn)算,在工作負(fù)載P和扭矩M的共同作用下，引起每一導(dǎo)程的變形量為：,式中， E鋼的彈性模量為,S絲杠的最小截面積（cm2）,M扭矩（N.cm）,I 絲杠的最小直徑d1的截面慣性矩,表示“+”受拉伸，“-”受壓縮,八、滾珠絲杠副支承方式,單推單推式,雙推雙推式,雙推簡(jiǎn)支式,九、滾珠絲杠副的密封,防護(hù)套示例,4.3 諧波齒輪傳動(dòng)及諧波減速器,一、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(jiǎn)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

5、零部件構(gòu)成。 柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開(kāi)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)9296，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)504000。,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(wú)側(cè)隙的高精度嚙合。 諧波齒輪傳動(dòng)可用來(lái)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,1齒差：,諧

6、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。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,ZG,ZR,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

7、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(guò)程：,三、單級(jí)諧波齒輪常見(jiàn)的 傳動(dòng)形式和應(yīng)用,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=75500。,2柔輪固定剛輪輸出：,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，可用于中小型減速器，i=75500。,3波發(fā)生器固定剛輪輸出：,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=1.0021.015。,四、諧波發(fā)生器傳動(dòng)比的計(jì)算,1、公式推導(dǎo)（1）：,以剛輪固定，柔輪輸出為例，推導(dǎo)傳動(dòng)比的計(jì)算公式。 當(dāng)

8、剛輪固定時(shí)，nG=0。如果反過(guò)來(lái)看，即將柔輪當(dāng)做輸入，剛輪當(dāng)做輸出，則：,1、公式推導(dǎo)（2）：,實(shí)際上，運(yùn)動(dòng)是從波發(fā)生器輸入的，減速器的傳動(dòng)比為：,五、柔輪、波發(fā)生器 常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式,1柔輪常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式：,柔輪的結(jié)構(gòu)型式與諧波傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)類型選擇有關(guān)。柔輪和輸出軸的聯(lián)結(jié)方式直接影響諧波傳動(dòng)的穩(wěn)定性和工作性能。 筒形底端聯(lián)接式： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接方便，制造容易，剛性較大，應(yīng)用較普遍。 筒形花鍵聯(lián)接式： 軸向尺寸較小，扭轉(zhuǎn)剛性好，傳動(dòng)精度較高，聯(lián)接方便，承載能力較大。 筒形銷軸聯(lián)接式： 軸向尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但載荷沿齒寬分布不均勻。,筒形底端聯(lián)接式圖例：,筒形花鍵聯(lián)接式圖例：,筒形銷軸聯(lián)

9、接式圖例：,2波發(fā)生器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型（1）：,波發(fā)生器是迫使柔輪發(fā)生彈性變形的重要元件，按變形的波數(shù)不同，常用的有雙波和三波兩種。雙波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)型式主要有滾輪式、凸輪式、偏心盤(pán)式和行星式。,波發(fā)生器種類圖例（1）：,凸輪式,滾輪式,偏心盤(pán)式,2波發(fā)生器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型（2）：,雙滾輪式： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，形成波峰容易，但柔輪變形未被積極控制，承載能力較低，多用于不重要的低精度輕載傳動(dòng)。 多滾輪式： 柔輪變形全周被積極控制，承載能力較高，多用于不宜采用偏心盤(pán)式或凸輪式波發(fā)生器的特大型傳動(dòng)。,波發(fā)生器種類圖例（2）：,3諧波傳動(dòng)主要零件常用材料：,柔輪： 30CrMnSi、35CrMnSiA、40

10、CrNiMoA 剛輪 45、40Cr 凸輪或偏心盤(pán) 45,六、諧波發(fā)生器的典型結(jié)構(gòu),雙波單級(jí)諧波齒輪減速器,主要問(wèn)題： 1、減速器的主要構(gòu)成； 2、減速器的運(yùn)動(dòng)型式（指出哪個(gè)部件固定、主動(dòng)和從動(dòng)軸）； 3、波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)型式； 4、柔輪采用何種輸出方式。,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。由于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，于1940年由美國(guó)尤尼羅爾(Unirayal)橡膠公司首先加以開(kāi)發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機(jī)針和纏線管的同步傳動(dòng)上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機(jī)械傳動(dòng)上。,4.4、同步帶傳動(dòng),1. 分類 2. 同步帶的優(yōu)缺點(diǎn) 3. 同步帶

11、的結(jié)構(gòu)和尺寸結(jié)構(gòu) 4. 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算,4.4、同步帶傳動(dòng),1. 分類 (1)按用途分 (a) 一般工業(yè)用同步帶傳動(dòng) 即梯形齒同步帶傳動(dòng)（圖6-1）。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。 (b) 高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng) 又稱HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(dòng)(Super Torque Positive Drive)。由于其齒形呈圓弧狀(圖6-2)，在我國(guó)通稱為圓弧齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車)、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。,4.4、同步帶傳動(dòng),(3) 特種規(guī)格的同步帶傳動(dòng) 這是根據(jù)

12、某種機(jī)器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動(dòng)，如工業(yè)縫紉機(jī)用的、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的同步帶傳動(dòng)。 (4) 特殊用途的同步帶傳動(dòng) 即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。,4.4、同步帶傳動(dòng),(2). 按規(guī)格制度分 (a) 模數(shù)制 同步帶主要參數(shù)是模數(shù)m(與齒輪相同)，根據(jù)不同的模數(shù)數(shù)值來(lái)確定帶的型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)。在60年代該種規(guī)格制度曾應(yīng)用于日、意、蘇等國(guó)，后隨國(guó)際交流的需要，各國(guó)同步帶規(guī)格制度逐漸統(tǒng)一到節(jié)距制。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國(guó)仍采用模數(shù)制。,4.4、同步帶傳動(dòng),(2) 節(jié)距制 即同步帶的主要參數(shù)是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應(yīng)帶、輪有不同的結(jié)構(gòu)尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 由于節(jié)距制來(lái)源于英

13、、美，其計(jì)量單位為英制或經(jīng)換算的公制單位。 (3) DIN米制節(jié)距 DIN米制節(jié)距是德國(guó)同步帶傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)為齒節(jié)距，但標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計(jì)量單位為公制。在我國(guó)，由于德國(guó)進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國(guó)也有應(yīng)用。,4.4、同步帶傳動(dòng),2. 同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) (1)工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 (2)傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好 (3)傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 (4)維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 (5)惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作,4.4、同步帶傳動(dòng),3. 同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格 (1)同步帶結(jié)構(gòu) 如下左圖所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。 工業(yè)用同步帶帶輪形狀如下右圖所示。,4.4、同步帶傳動(dòng),4. 同步帶的設(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。 (d) 其他失效方式 帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數(shù)過(guò)少引起的帶齒剪切破壞、同步