【文章內(nèi)容簡介】 剛度與系統(tǒng)固有頻率降低。由上可見，總傳動比的選擇要綜合考慮。2．總傳動比分配齒輪系統(tǒng)的總傳動比確定后，根據(jù)對傳動鏈的技術(shù)要求，選擇傳動方案，使驅(qū)動部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。若總傳動比較大，又不準(zhǔn)備采用諧波、少齒差等同軸傳動方式而要采用多級齒輪傳動，需要確定傳動級數(shù)，并在各級之間分配傳動比。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?？砂聪率鋈N原則適當(dāng)分級，并在各級之間分配傳動比。圖 213 電動機驅(qū)動的兩級齒輪系（１）最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 ①小功率傳動如圖 213 所示電動機驅(qū)動的兩級齒輪傳動系統(tǒng)為例。簡化假設(shè)傳動效率為 100％；各主動小齒輪具有相同的轉(zhuǎn)動慣量 ；軸與軸承的轉(zhuǎn)動慣量不計；各齒輪均為同寬度 b 同材料的實心圓柱體。1J該齒輪系中各轉(zhuǎn)動慣量換算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 JL 為： 已知： ， ， 得21i?41iJ4213iJ?令 ，得01?diJL )(4121iiL?21321iiL?2412??i14 / 71當(dāng) 遠(yuǎn)大于 1 時： 41i 對于 n 級齒輪系同類分析可得： 例 23 有 i＝80、n=4 的小功率傳動系統(tǒng)，試按最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則分配傳動比。解：驗算：i＝i 1 i2 i3 i4＝≈ 80。各級轉(zhuǎn)動比的分配按“前小后大”次序，結(jié)構(gòu)較緊湊。小功率傳動的級數(shù)可按圖 214 選擇。圖中所示曲線為以傳動級數(shù) n 作參變量，齒輪系中折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 JL 與第一級主動齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 J1 之比 JL/J1 為縱坐標(biāo)，總傳動比 i為橫坐標(biāo)的關(guān)系曲線。由圖可見，為減小齒輪系的轉(zhuǎn)動慣量，過多增加傳動級數(shù) n 是沒有意義的，反而會增大轉(zhuǎn)動誤差，并使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。圖 214 確定小功率傳動級數(shù)的曲線2/12i?3/11)()(ii12)(1??nnii)~(212/)(KinK??????12)(1??nnii )80(21244????)(?????????????15 / 71 ②大功率傳動 大功率傳動的轉(zhuǎn)矩較大，小功率傳動中的各項簡化假設(shè)大多不合適，按公式計算較困難，采用圖解法?？捎脠D 215 中的曲線確定傳動級數(shù)，用 圖 216 中的曲線確定第一級傳動比 i1，用圖 217中的曲線確定隨后各級傳動比 iK（K=2~n） 。例如：設(shè) i＝256，查圖 215 得：n＝3，J L/J1＝70；n＝4，J L/J1＝35，n＝5，J L/J1＝26。為兼顧JL/J1 與結(jié)構(gòu)的緊湊性，選 n＝4。然后查圖 216，得 i1＝。在圖 217 中 iK1 坐標(biāo)軸上 處作垂線與 A 線交于第一點，在 iK 坐標(biāo)軸上查得 i2＝。從 A 線上第一交點作水平線，與 B 線相交得到第二個交點值 i3＝。由第二交點作垂線與 A 線相交得到第三個交點 i4＝。最后，驗算：圖 215 確定大功率傳動級數(shù)的曲線 圖 216 確定大功率傳動第一級傳動比的曲線圖 217 確定大功率傳動第一級以后各級傳動比的曲線 圖 218 曲回式齒輪傳動鏈i＝i 1 i2 i3 i4＝大功率傳動比的分配次序仍為“前小后大” 。 （2）重量最輕原則 ①小功率傳動 仍以圖 213 所示電機驅(qū)動的兩級齒輪系為例，簡化假設(shè)同前，則各齒輪的重量之和 W 為：?????? ???????????????2423221 DDbW??式中， ：材科密度?DD D D 4：各齒輪的分度圓直徑。16 / 71由于 D1=D3， ，則21i?????????21214iDbW??令 得： i1＝i 2＝i 1/20/1?diW對于 n 級傳動： i1＝i 2＝i 3＝……i n＝i 1/n可見，按重量最輕原則，小功率傳動的各級傳動比相等。加上假定的各主動小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相同，可設(shè)計成如圖 218 所示的曲回式齒輪傳動鏈。②大功率傳動 仍以圖 213 所示兩級傳動為例。假設(shè)所有主動小齒輪的模數(shù) m 與所在軸上轉(zhuǎn)矩 T 的三次方根成正比，其分度圓直徑 D、齒寬 b 也與轉(zhuǎn)矩的三次方根成正比。即 由 b1＝b 2 ，b 3＝b 4 得： ????????)1(4221iibW??令 得： 0/1?diW121??ii同理，對于三級齒輪傳動，假設(shè) b1=b2 ，b 3=b4，b 5=b6，可得1??ii2/123 )(i /11ii3131131 //// iTm?17 / 71圖 219 確定二級齒輪系各傳動比的曲線 圖 220 確定三級齒輪系各傳動比的曲線 i＜10 查圖中虛線 i＜10 查圖中虛線根據(jù)以上傳動比計算公式，可得圖 219 所示確定二級齒輪系各傳動比的曲線和圖 220 所示確定三級齒輪系各傳動比的曲線。由上可知，按重量最輕原則的大功率傳動裝置，各級傳動比是“前大后小”的。例 24 設(shè) n = 2，i = 40，請按重量最輕原則求出各級傳動比。解：根據(jù)圖 219，可得 ?i42（3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則以圖 221 所示四級齒輪傳動系統(tǒng)為例，其四級傳動比分別為 ii i i 4；齒輪 1 ~ 8 的轉(zhuǎn)角誤差依次為 ф 1~ф 8，該傳動鏈輸出軸的總轉(zhuǎn)角誤差 ф max為： 84764354321max ???????iiii由該公式可見，為提高齒輪系的傳動精度，由輸入端到輸出端的各級傳動比應(yīng)按“前小后大”次序分配，而且要使最末一級傳動比盡可能大，同時提高最末一級齒輪副的精度。這樣可以減小各齒輪副的加工誤差、安裝誤差、回轉(zhuǎn)誤差，提高齒輪系統(tǒng)的傳動精度。圖 221 四級齒輪傳動系統(tǒng)三種原則的選擇：對齒輪傳動裝置的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)具體的工作條件綜合考慮。傳動精度要求較高時采用輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計；對于要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、頻繁啟動和動態(tài)性能好的傳動裝置，常用最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計；對于有質(zhì)量要求的其它傳動裝置用重量最輕原則。 此外，各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，避免齒輪同時嚙合，使得齒輪磨損均勻。對于傳動比很大的齒輪傳動鏈，條件成熟時可用諧波齒輪。 齒輪傳動副間隙的消除齒輪傳動裝置主要由齒輪傳動副組成，其任務(wù)是傳遞伺服電動機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動機與負(fù)載（工作臺）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速以及負(fù)載慣量相匹配，使伺服電動機的高速低扭矩輸出變?yōu)樨?fù)載所要求的低速大扭矩。在開環(huán)系統(tǒng)中還可計算所需的脈沖當(dāng)量。對傳動裝置總的要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好和靈敏度高（或響應(yīng)速度快） ，在設(shè)計齒輪傳動裝置時，也應(yīng)從有利于提高這三個指標(biāo)來提出設(shè)計要求。對于開環(huán)控制而言，傳動誤差直接影響數(shù)控設(shè)備的工作精度，因而應(yīng)盡可能的縮短傳動鏈、消除傳動間隙，以提高傳動精度和剛度。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)，其性能參數(shù)將直接影響整18 / 71個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無論是開環(huán)還是閉環(huán)控制，齒輪傳動裝置都將影響整個系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個角度考慮應(yīng)注意減少摩擦、減少轉(zhuǎn)動慣量，以提高傳動裝置的加速度。在數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩或脈沖當(dāng)量的要求，有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副，而齒輪等傳動副存在著間隙，會使進(jìn)給運動反向滯后于指令信號，造成反向死區(qū)而影響其傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。下面介紹幾種實踐中常用的齒輪間隙消除結(jié)構(gòu)形式。1．直齒圓柱齒輪傳動副（1）偏心套調(diào)整法 如圖 222 所示為偏心套消隙結(jié)構(gòu)。電動機 1 通過偏心套 2 安裝到機床殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心套 2，就可以調(diào)整兩齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)的間隙。圖 222 偏心套式消除間隙結(jié)構(gòu)1電機；2偏心套（2）錐度齒輪調(diào)整法 如圖 223 所示為以帶有錐度的齒輪來消除間隙的結(jié)構(gòu)。在加工齒輪1 和 2 時，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時，只要改變墊片 3 的厚度就能調(diào)整兩個齒輪的軸向相對位置，從而消除齒側(cè)間隙。以上兩種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，能傳遞較大扭矩，傳動剛度較好，但齒側(cè)間隙調(diào)整后不能自動補償，又稱為剛性調(diào)整法。圖 223 錐度齒輪的消除間隙結(jié)構(gòu)2齒輪 3墊片（3）雙片齒輪錯齒調(diào)整法 圖 224 所示是雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪 1 和 2 與另一個寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪 1 和 2 的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳 3 和 8。齒輪 1 的端面還有另外四個通孔，凸耳 8 可以在其中穿過，彈簧 4 的兩端分別鉤在凸耳 3 和調(diào)節(jié)螺釘 7 上。通過螺母 5 調(diào)節(jié)彈簧 4 的拉力，調(diào)節(jié)完后用螺母 6 鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個薄片齒輪的左右齒面分別貼在寬齒輪齒槽的左右19 / 71齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。雙片齒輪錯齒法調(diào)整間隙，在齒輪傳動時，由于正向和反向旋轉(zhuǎn)分別只有一片齒輪承受扭矩，因此承載能力受到限制，并有彈簧的拉力要足以能克服最大扭矩，否則起不到消隙作用，這種方法稱為柔性調(diào)整法，它適用于負(fù)荷不大的傳動裝置中。這種結(jié)構(gòu)裝配好后，齒側(cè)間隙自動消除（補償），可始終保持無間隙嚙合，是一種常用的無間隙齒輪傳動結(jié)構(gòu)。圖 224 雙片齒輪周向彈簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)2薄齒輪，8凸耳或短柱，4彈簧，6螺母，7螺釘2．斜齒圓柱齒輪傳動副（1）軸向墊片調(diào)整法 圖 225 所示為斜齒輪墊片調(diào)整法，其原理與錯齒調(diào)整法相同。斜齒 1和 2 的齒形拼裝在一起加工，裝配時在兩薄片齒輪間裝入已知厚度為 t 的墊片 3，這樣它的螺旋便錯開了，使兩薄片齒輪分別與寬齒輪 4 的左、右齒面貼緊，消除了間隙。墊片 3 的厚度 t 與齒側(cè)間隙△的關(guān)系可用下式表示。 mm?sin/??t式中：β——螺旋角。墊片厚度一般由測試法確定，往往要經(jīng)過幾次修磨才能調(diào)整好。這種結(jié)構(gòu)的齒輪承載能力較小，且不能自動補償消除間 隙。圖 225 斜齒輪墊片調(diào)整 法2薄片齒輪，3墊片， 4寬齒輪20 / 71（2）軸向壓彈簧調(diào)整法 圖 226 是斜齒輪軸向壓彈簧錯齒消隙結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)消隙原理與軸向墊片調(diào)整法相似，所不同的是利用齒輪 2 右面的彈簧壓力使兩薄片齒輪的左右齒面分別與寬齒輪的左右齒面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。圖 226a 采用的是壓簧， 圖 226b 采用的是碟型彈簧。彈簧 3 的壓力可利用螺母 5 來調(diào)整，壓力的大小要調(diào)整合適，壓力過大會加快齒輪磨損，壓力過小達(dá)不到消隙作用。這種結(jié)構(gòu)齒輪間隙能自動消除，能夠保持無間隙的嚙合，但它只適用于負(fù)載較小的場合。而且這種結(jié)構(gòu)軸向尺寸較大。圖 226 斜齒輪軸向壓簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)2 薄片斜齒輪，3彈簧，4寬齒輪，5 螺母3．錐齒輪傳動副錐齒輪同圓柱齒輪一樣可用上述類似的方法來消除齒側(cè)間隙。（1）軸向壓簧調(diào)整法 圖 227 為軸向壓簧調(diào)整法。該結(jié)構(gòu)主要由兩個嚙合著的錐齒輪 1 和 2 組成，其中在錐齒輪 1的轉(zhuǎn)動軸 5 上裝有壓簧 3，錐齒輪 1 在彈簧力的作用下可稍作軸向移動，從而消除間隙。彈簧力的大小由螺母 4 調(diào)節(jié)。圖 227 錐齒輪軸向壓簧調(diào)整法2 錐齒輪，3壓簧，4螺母，5 傳動軸（2）軸向彈簧調(diào)整法 圖 228 為軸向彈簧調(diào)整法。將一對嚙合錐齒輪中的一個齒輪做成大小兩片 1 和 2，在大片上制有三個圓弧槽，而在小片的端面上制有三個凸爪 6，凸爪 6 伸入大片的圓弧槽中。彈簧 4 一端頂在凸爪 6 上，而另一端頂在鑲塊 3 上，為了安裝的方便，用螺釘 5 將大小片齒圈相對固定，安裝完畢之后將螺釘 5 卸去，利用彈簧力使大小錐齒輪稍微錯開，從而達(dá)到消除間隙的目的。21 / 71圖 228 錐齒輪周向彈簧調(diào)整法2錐齒輪，3 鑲塊，4彈簧，5螺釘，6凸爪4．齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動常用于行程較大的機電設(shè)備，易于實現(xiàn)高速直線運動。圖 229 所示為齒輪齒條消隙原理。進(jìn)給運動由軸 2 輸入，軸 2 上有兩個螺旋方向相反的斜齒輪，當(dāng)軸 2 上施加軸向力 F 后，使得軸 2 連同兩斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向前移，在兩斜齒輪的推動下，軸 1 和軸 3 以相反方向轉(zhuǎn)過一個微小角度，使齒輪 4 和齒輪 5 分別與同一根齒條的左、右兩齒面貼緊而消除側(cè)隙。圖 229 齒輪齒條消隙結(jié)構(gòu)3軸，5齒輪 三種特殊的精密傳動機構(gòu) 諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動是由美國學(xué)者麥塞爾發(fā)明的一種具有重大突破的傳動技術(shù)，其原理是依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對位移來傳遞動力和運動的。國內(nèi) 1978 年研究成功了諧波傳動減速器，并成功地應(yīng)用在發(fā)射機調(diào)諧機構(gòu)件中。1980 年該項成果榮獲了電子工業(yè)部優(yōu)秀科技成果獎。 1．諧波齒輪傳動的工作原理22 / 71如圖 230 所示，諧波齒輪傳動主要由波形發(fā)生器 H、柔輪 1 和剛輪 2 組成。柔輪具有外齒，剛輪具有內(nèi)齒，它們的齒形為三角形或漸開線型。其齒距 P 相等，但齒數(shù)不同。剛輪的齒數(shù) 比gZ柔輪齒數(shù)