【正文】 第 2章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 支撐部件的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 概 述 為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，通常對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求： (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)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無(wú)論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作怎樣精確，也無(wú)法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。 (2) 快速響應(yīng)性 即要求機(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，這樣控制系統(tǒng)才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)。 (3) 良好的穩(wěn)定性 即要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)。 概 述 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng) 諧波齒輪傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng) 滾珠絲杠副傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比及其分配 最佳總傳動(dòng)比 ： 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小或負(fù)載加速度最大的總傳動(dòng)比，即為最佳總傳動(dòng)比 。單級(jí)傳動(dòng)比增大使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，但大齒輪的尺寸增大會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的輪廓尺寸變大。因此，總傳動(dòng)比要進(jìn)行分級(jí)分配，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。 傳動(dòng)比分配原則如下： 最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則： 重量最輕原則 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 齒輪傳動(dòng) 2 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法 (1)中心距調(diào)節(jié)法 如右圖所示，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。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。 齒輪傳動(dòng) 上，并將電機(jī) 2安裝在偏心套 1(或偏 1 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法 (1)中心距調(diào)節(jié)法 如右圖所示，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(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。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。 齒輪傳動(dòng) (2) 軸向墊片調(diào)整法 如右圖所示，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。 齒輪傳動(dòng) (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)。 齒輪傳動(dòng) 1 2 341233 4 5 6 7(4) 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。 齒輪傳動(dòng) (5) 錐齒輪傳動(dòng) (a) 軸向壓簧調(diào)整法 軸向壓簧調(diào)整法原理如圖，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 l之間的齒側(cè)間隙。 齒輪傳動(dòng) (b) 周向彈簧調(diào)整法 將與錐齒輪 3嚙合的齒輪做成大小兩片 ( 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 2在彈簧力作用下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。 齒輪傳動(dòng) 12345678 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 、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)。 、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)。 、諧波齒輪傳動(dòng) 2 諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算 式中： 、 、 分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度； 、 分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。 (1) 當(dāng)柔輪固定時(shí)， ，則 三、諧波齒輪傳動(dòng) rgHgHrHrg zzi ????????g? r? H?gzrz0?r?rgHgHHrg zzi ???????0grggrHgzzzzz ???? 1??rgggHHg zzzi??? ??(2) 當(dāng)剛輪固定時(shí)， ，則 設(shè) 、 當(dāng)柔輪固定時(shí)， 當(dāng)柔輪固定時(shí) 0?g?rgHHrHrg zzi ???? ???0rgrrgHrzzzzz ???? 1??grrrHHr zzzi??? ??200?rz 202?gz101?Hgi100??Hri、諧波齒輪傳動(dòng) 3. 諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用 常見(jiàn)的諧波齒輪減速器標(biāo)記代號(hào)如下圖 諧波齒輪減速機(jī)選用說(shuō)明： (1). 樣本中的圖表參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，用戶選型時(shí)需確定以下三項(xiàng)參數(shù)： （ a）傳動(dòng)比或輸出轉(zhuǎn)速（ r/min) （ b）減速機(jī)輸入功率（ kw) （ c）額定輸入轉(zhuǎn)速（ r/min) 最大回差減速比機(jī)型（指柔輪內(nèi)徑，單位為m m )單級(jí)、臥式安裝通用諧波減器、諧波齒輪傳動(dòng) (2). 如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)分別確定： 工作條件為 “ 恒功率 ” 時(shí)按最低轉(zhuǎn)速選用機(jī)型；工作條件為 “ 恒扭矩 ” 時(shí)，按最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。訂貨時(shí)須說(shuō)明是否與電機(jī)直聯(lián)，電機(jī)型號(hào)及參數(shù)。 (3). 選用減速機(jī)輸入功率 與輸出扭矩 的計(jì)算 式中： P — 減速機(jī)額定輸入功率（ KW） T — 減速機(jī)額定輸出扭矩（ Nm) KA — 工作情況系數(shù) 1CP 2CTAC PKP ?1AC TKT ?諧波齒輪傳動(dòng) (4). 減速機(jī)輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時(shí)，需要校驗(yàn)軸伸的懸臂負(fù)荷 ，校驗(yàn)公式為 式中： D— 齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑 (m) FR— 懸臂負(fù)荷系數(shù)（齒輪 FR=；鏈輪 FR=；三角皮帶輪 FR=2；平皮帶輪 FR=) 當(dāng) 結(jié)果安全。 1CFD F RTKF AC /21 ?許FF 1C ?、諧波齒輪傳動(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。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。 、同步帶傳動(dòng) 1. 分類 2. 同步帶的優(yōu)缺點(diǎn) 3. 同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸結(jié)構(gòu) 4. 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 、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)。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，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)。 、同步帶傳動(dòng) (3) 特種規(guī)格的同步帶傳動(dòng) 這是根據(jù)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。 、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。 、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、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