【正文】 第 2章 機械系統(tǒng)設計 概述 傳動機構的設計 支撐部件的設計 數(shù)控機床的機械結構 概 述 為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，通常對機電一體化系統(tǒng)提出以下要求： (1)高精度 精度直接影響產品的質量，尤其是機電一體化產品，其技術性能、工藝水平和功能比普通的機械產品都有很大的提高，因此機電一體化機械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機電一體化產品其它系統(tǒng)工作怎樣精確，也無法完成其預定的機械操作。 (2) 快速響應性 即要求機械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務之間的時間間隔短，這樣控制系統(tǒng)才能及時根據(jù)機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，下達指令，使其準確地完成任務。 (3) 良好的穩(wěn)定性 即要求機械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強。 概 述 傳動機構的設計 齒輪傳動 諧波齒輪傳動 同步帶傳動 滾珠絲杠副傳動 齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配 最佳總傳動比 ： 等效負載轉矩最小或負載加速度最大的總傳動比，即為最佳總傳動比 。單級傳動比增大使傳動系統(tǒng)簡化，但大齒輪的尺寸增大會使整個傳動系統(tǒng)的輪廓尺寸變大。因此，總傳動比要進行分級分配，并在各級之間分配傳動比。 傳動比分配原則如下： 最小等效轉動慣量原則： 重量最輕原則 輸出軸轉角誤差最小原則 齒輪傳動 2 齒輪傳動間隙的調整方法 (1)中心距調節(jié)法 如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪 4裝在電機輸出軸心軸 )上，通過轉動偏心套 (偏心軸 )的轉角，就可調節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉時的齒側間隙。特點是結構簡單，但其側隙不能自動補償。 齒輪傳動 上，并將電機 2安裝在偏心套 1(或偏 1 齒輪傳動間隙的調整方法 (1)中心距調節(jié)法 如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪 4裝在電機輸出軸上，并將電機 2安裝在偏心套 1(或偏心軸 )上，通過轉動偏心套 (偏心軸 )的轉角，就可調節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉時的齒側間隙。特點是結構簡單，但其側隙不能自動補償。 齒輪傳動 (2) 軸向墊片調整法 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，從而消除兩齒輪的齒側間隙。裝配時軸向墊片 3的厚度應使得齒輪 1和 2之間既齒側間隙小，運轉又靈活。特點同偏心套 (軸 )調整法。 齒輪傳動 (3) 雙片薄齒輪錯齒調整法 這種消除齒側間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側和另一個薄齒輪的右齒側分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側，以消除齒側間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。 齒輪傳動 1 2 341233 4 5 6 7(4) 斜齒輪傳動 消除斜齒輪傳動齒輪側隙的方法與上述錯齒調整法基本相同，也是用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。 齒輪傳動 (5) 錐齒輪傳動 (a) 軸向壓簧調整法 軸向壓簧調整法原理如圖，在錐齒輪 4的傳動軸 7上裝有壓簧 5，其軸向力大小由螺母 6調節(jié)。錐齒輪 4在壓簧 5的作用下可軸向移動，從而消除了其與嚙合的錐齒輪 l之間的齒側間隙。 齒輪傳動 (b) 周向彈簧調整法 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上制有三個周向圓弧槽 8，小片錐齒輪 2的端面制有三個可伸入槽 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。止動螺釘 6裝配時用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪 2在彈簧力作用下錯齒，從而達到消除間隙的目的。 齒輪傳動 12345678 諧波齒輪傳動具有結構簡單、傳動比大 (幾十 ~幾百 )、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等優(yōu)點，故在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應用。 1 諧波齒輪傳動的工作原理 、諧波齒輪傳動 諧波傳動由三個主要構件所組成，即具有內齒的剛輪 l、具有外齒的柔輪 2和波發(fā)生器 3。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。當波發(fā)生器裝入柔輪內孔時，由于前者的總長度略大于后者的內孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長軸兩端產生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同時在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當波發(fā)生器連續(xù)轉動時，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產生了相對位移，從而傳遞運動。 、諧波齒輪傳動 在波發(fā)生器轉動一周期間，柔輪上一點變形的循環(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 2 諧波齒輪傳動的傳動比計算 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) 當柔輪固定時， ，則 三、諧波齒輪傳動 rgHgHrHrg zzi ????????g? r? H?gzrz0?r?rgHgHHrg zzi ???????0grggrHgzzzzz ???? 1??rgggHHg zzzi??? ??(2) 當剛輪固定時， ，則 設 、 當柔輪固定時， 當柔輪固定時 0?g?rgHHrHrg zzi ???? ???0rgrrgHrzzzzz ???? 1??grrrHHr zzzi??? ??200?rz 202?gz101?Hgi100??Hri、諧波齒輪傳動 3. 諧波齒輪減速器產品及選用 常見的諧波齒輪減速器標記代號如下圖 諧波齒輪減速機選用說明： (1). 樣本中的圖表參數(shù)為標準產品，用戶選型時需確定以下三項參數(shù)： （ a）傳動比或輸出轉速（ r/min) （ b）減速機輸入功率（ kw) （ c）額定輸入轉速（ r/min) 最大回差減速比機型（指柔輪內徑，單位為m m )單級、臥式安裝通用諧波減器、諧波齒輪傳動 (2). 如減速機輸入轉速是可調的，則在選用減速機型號時應分別確定： 工作條件為 “ 恒功率 ” 時按最低轉速選用機型；工作條件為 “ 恒扭矩 ” 時，按最高轉速選用機型。訂貨時須說明是否與電機直聯(lián)，電機型號及參數(shù)。 (3). 選用減速機輸入功率 與輸出扭矩 的計算 式中： P — 減速機額定輸入功率（ KW） T — 減速機額定輸出扭矩（ Nm) KA — 工作情況系數(shù) 1CP 2CTAC PKP ?1AC TKT ?諧波齒輪傳動 (4). 減速機輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時，需要校驗軸伸的懸臂負荷 ，校驗公式為 式中： D— 齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑 (m) FR— 懸臂負荷系數(shù)（齒輪 FR=；鏈輪 FR=；三角皮帶輪 FR=2；平皮帶輪 FR=) 當 結果安全。 1CFD F RTKF AC /21 ?許FF 1C ?、諧波齒輪傳動 同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件，于1940年由美國尤尼羅爾 (Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機針和纏線管的同步傳動上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機械傳動上。 、同步帶傳動 1. 分類 2. 同步帶的優(yōu)缺點 3. 同步帶的結構和尺寸結構 4. 同步帶的設計計算 、同步帶傳動 1. 分類 (1)．按用途分 (a) 一般工業(yè)用同步帶傳動 即梯形齒同步帶傳動。它主要用于中、小功率的同步帶傳動，如各種儀器、計算機、輕工機械中均采用這種同步帶傳動。 (b) 高轉矩同步帶傳動 又稱 HTD帶 (High Torque Drive)或 STPD帶傳動 (Super Torque Positive Drive)。由于其齒形呈圓弧狀，在我國通稱為圓弧齒同步帶傳動。它主要用于重型機械的傳動中，如運輸機械 (飛機、汽車)、石油機械和機床、發(fā)電機等的傳動。 、同步帶傳動 (3) 特種規(guī)格的同步帶傳動 這是根據(jù)某種機器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動，如工業(yè)縫紉機用的、汽車發(fā)動機用的同步帶傳動。 (4) 特殊用途的同步帶傳動 即為適應特殊工作環(huán)境制造的同步帶。 、同步帶傳動 (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)值來確定帶的型號及結構參數(shù)。在 60年代該種規(guī)格制度曾應用于日、意、蘇等國，后隨國際交流的需要，各國同步帶規(guī)格制度逐漸統(tǒng)一到節(jié)距制。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國仍采用模數(shù)制。 、同步帶傳動 (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，相應帶、輪有不同的結構尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國際標準。 由于節(jié)距制來源于英、美，其計量單位為英制或經換算的公制單位。 (3) DIN米制節(jié)距 DIN米制節(jié)距是德國同步帶傳動國家標準制定的規(guī)格制度。其主