【正文】 0100100120120120120636058494640383832313024 6060607272100100100130130130150313029252320191916151512606060727210010010013013013015021201916151313131110108 圖620 諧波減速器三大構(gòu)件 圖621 諧波減速器結(jié)構(gòu) （3）額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)2. 如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機(jī)型號時(shí)應(yīng)分別確定：諧波齒輪減速機(jī)選用說明：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)：圖619 諧波齒輪減速器標(biāo)記示例 設(shè)計(jì)者也可根據(jù)需要單獨(dú)購買不同減速比、不同輸出轉(zhuǎn)矩的諧波減速器中的三大構(gòu)件(如圖620所示)，并根據(jù)其安裝尺寸與系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)件相聯(lián)結(jié)。表62為XBl型通用諧波減速器產(chǎn)品系列。（三）諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用目前尚無諧波減速器的國標(biāo)，不同生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)代號也不盡相同。2. 當(dāng)剛輪固定時(shí)，則， （67）設(shè)、時(shí)，則。 1. 當(dāng)柔輪固定時(shí)，則， (6 6 ) 設(shè)、時(shí)，則。 由于在諧波齒輪傳動過程中，柔輪與剛輪的嚙合過程與行星齒輪傳動類似，故其傳動比可按周轉(zhuǎn)輪系的計(jì)算方法求得。常用的有兩波和三波兩種。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，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(chǎn)生了相對位移，從而傳遞運(yùn)動。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長度略大于后者的內(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。這三個(gè)構(gòu)件和少齒差行星傳動中的中心內(nèi)齒輪、行星輪和系桿相當(dāng)。圖618所示為諧波齒輪傳動的示意圖。三、諧波齒輪傳動 諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)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(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。當(dāng)傳動負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。 圖615 錐齒輪軸向壓簧調(diào)隙機(jī)構(gòu) 圖616 錐齒輪周向彈簧調(diào)隙機(jī)構(gòu)4—錐齒輪 3—鍵 5—壓簧 6—螺母 7—軸 1—大片錐齒輪 2—小片錐齒輪 3—錐齒輪4—鑲塊 5—彈簧 6—止動螺釘 7—凸爪 8—槽 4．齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu) 在機(jī)電一體化產(chǎn)品中對于大行程傳動機(jī)構(gòu)往往采用齒輪齒條傳動，因?yàn)槠鋭偠?、精度和工作性能不會因行程增大而明顯降低，但它與其它齒輪傳動一樣也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)采取消隙措施。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。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(cè)間隙。圖614a是薄片錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)，且齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償，圖614b是軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)欠緊湊。彈簧4的拉力大小可用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長度，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。因該方法受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于驅(qū)動裝置。在彈簧2的作用下使薄片齒輪3和4錯(cuò)位而消除齒側(cè)間隙。圖611 圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機(jī)構(gòu)(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。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)是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。 (二) 齒輪傳動間隙的調(diào)整方法 常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有以下幾種。 比如對于一個(gè)四級齒輪傳動系統(tǒng)，設(shè)各齒輪的傳動誤差分別為，則換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為： （64） 上述計(jì)算對小功率傳動比較符合實(shí)際，而對于大功率傳動，由于轉(zhuǎn)矩較大，需要按其它法則進(jìn)行計(jì)算。(3) 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)傳遞運(yùn)動的精度，各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。上述結(jié)論對于大功率傳動系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。若先假設(shè)各主動小齒輪具有相同的轉(zhuǎn)動慣量，各齒輪均近似看成實(shí)心圓柱體，齒寬、比重均相同，其轉(zhuǎn)動慣量為，如不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動能不變的原則，等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為： （61）因?yàn)? ，所以 ，即 ， （62） 令 ，則 ，得到 當(dāng)時(shí)， 對于級齒輪傳動系作同類分析可得： ，其中，(2) 重量最輕原則 對于小功率傳動系統(tǒng)，使各級傳動比，即可使傳動裝置的重量最輕。圖69 二級減速傳動設(shè)有一小功率電機(jī)驅(qū)動的二級齒輪減速系統(tǒng)，如圖69所示。可按下述三種原則適當(dāng)分級，并在各級之間分配傳動比。若總傳動比較大，又不準(zhǔn)備采用諧波、少齒差等傳動，需要確定傳動級數(shù)，并在各級之間分配傳動比。使等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小或負(fù)載加速度最大的總傳動比，即為最佳總傳動比。 (2) 均方根綜合：若各種負(fù)載為隨機(jī)性負(fù)載，取各負(fù)載的均方根。二、齒輪傳動 （一） 齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配 設(shè)計(jì)機(jī)電一體化齒輪傳動系統(tǒng)，主要是研究它的動力學(xué)特性，從而獲得高精度、高穩(wěn)定性、高速性、高可靠性和低噪聲的齒輪傳動系統(tǒng)。根據(jù)以上條件，按以下步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，詳細(xì)設(shè)計(jì)過程請參照相關(guān)手冊。在灰塵雜質(zhì)較多的條件下，則應(yīng)保證帶齒的一定耐磨性。 (4) 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)過少引起的帶齒剪切破壞、同步帶背的龜裂、承載繩抽出和包布層脫落等。表61 同步帶型號型 號名 稱節(jié) 距mminMXL(Minima Extra Light)XXL(Extra Extra Light)XL(Extra Light)L(Light)H(Heavy)XH(Extra Heavy)XXH(Double Extra Heavy)最輕型超輕型特輕型輕 型重 型特重型最重型(1/8)(1/4)(3/8)(1/2)(7/8)(a) (b)圖68 同步帶標(biāo)記舉例(a) 單面齒同步帶標(biāo)記 (b) 雙面齒同步帶標(biāo)記 (2) 爬齒和跳齒 原因是同步帶傳遞的圓周力過大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過大、帶的初拉力過小等。1243圖65 同步帶結(jié)構(gòu)1—帶背 2—承載繩 3—帶齒 4—包布帶 圖66 常用同步帶輪結(jié)構(gòu)a)RPP同步帶b)梯形齒同步帶c)圓弧齒同步帶 d)梯形齒雙面同步帶e)圓弧齒雙面同步帶f)交錯(cuò)雙面齒同步帶圖67 常用同步帶結(jié)構(gòu) 2．同步帶規(guī)格型號 根據(jù)國標(biāo)GB/T11616198GB/T113621989,我國同步帶型號及標(biāo)記方法分別如表61和圖68所示。 (三) 同步帶的結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格1．同步帶結(jié)構(gòu)如圖65所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。此外，同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤滑，所以維護(hù)保養(yǎng)很方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比三角帶、鏈、齒輪要低得多。所以與三角帶傳動相比，在同樣的傳動比下，同步帶傳動具有較緊湊的結(jié)構(gòu)。 3．傳動比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 同步帶傳動的傳動比一般可達(dá)到l0左右，而且在大傳動比情況下，其結(jié)構(gòu)比三角帶傳動緊湊。 2．傳動效率高，節(jié)能效果好 由于同步帶作無滑動的同步傳動，故有較高的傳動效率。三種齒形傳遞能力、噪音水平、打滑扭矩的比較如圖64。在我國，由于德國進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國也有應(yīng)用。 (3) DIN米制節(jié)距 DIN米制節(jié)距是德國同步帶傳動國家標(biāo)準(zhǔn)制定的規(guī)格制度。該種規(guī)格制度目前被列為國際標(biāo)準(zhǔn)。目前僅前蘇聯(lián)及東歐各國仍采用模數(shù)制。 2. 按規(guī)格制度分 (1) 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(jié)構(gòu)參數(shù)。圖61 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(jī)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(jī)用的、汽車發(fā)動機(jī)用的同步帶傳動。由于其齒形呈圓弧狀(圖62)，在我國通稱為圓弧齒同步帶傳動。它主要用于中、小功率的同步帶傳動，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動。同步帶傳動的開發(fā)和應(yīng)用，至今僅60余年，但在各方面已取得迅速進(jìn)展。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動零件，隨著二次大戰(zhàn)后工業(yè)的發(fā)展而得到重視，于1940年由美國尤尼羅爾(Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。 本章將機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)分成機(jī)械傳動和支承部件兩大部分，分別介紹較典型的傳動部件、旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)向支承部件等的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化等基本問題。 (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)。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作怎樣精確，也無法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。這里所說的機(jī)械系統(tǒng)，—般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成。第六章 機(jī)械技術(shù)第一節(jié) 概述 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(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，與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除要求具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動部件、導(dǎo)向支承部件，以及檢測傳感部件等部分組成。為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，通常對機(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。 (2) 快速響應(yīng)性 即要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開始執(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)。 此外還要求機(jī)械系統(tǒng)具有較大的剛度，良好的耐磨、減摩性和可靠性，消震和低噪音，重量輕、體積小、壽命長。第二節(jié) 機(jī)械傳動一、 同步帶傳動 同步帶傳動早在1900年已有人研究并多次提出專利，但其實(shí)用化卻是在二次世界大戰(zhàn)以后。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上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機(jī)械傳動上。 （一）分類 1．按用途分 (1) 一般工業(yè)用同步帶傳動 即梯形齒同步帶傳動（圖61）。(2) 高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動 又稱HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(Super Torque Positive Drive)。它主要用于重型機(jī)械的傳動中，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。 (4) 特殊用途的同步帶傳動 即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。在60年代該種規(guī)格制度曾應(yīng)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。圖62 同步帶截面形狀Pb—節(jié)距 ht—齒厚 hs—帶厚(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。 由于節(jié)距制來源于英、美，其計(jì)量單位為英制或經(jīng)換算的公制單位。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。隨著人們對齒形應(yīng)力分布的解析，開發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒（圖63b），緊接著人們根據(jù)漸開線的展成運(yùn)動，又開發(fā)出了與漸開線相近似的多圓弧齒形，使帶齒和帶輪能更好的嚙合（圖63c），使得同步帶傳動嚙合性能和傳動性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，且傳動變得更平穩(wěn)、精確、噪音更小。 a) b) c)圖63 同步帶齒形的變遷a—梯形齒 b—圓弧齒 c—近似漸開線齒圖64 三種齒形比較(二) 同步帶傳動的優(yōu)缺點(diǎn)1．工作時(shí)無滑動，有準(zhǔn)確的傳動比同步帶傳動是一種嚙合傳動，雖然同步帶是彈性體，但由于其中承受負(fù)載的承載繩具有在拉力作用下不伸長的特性，故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實(shí)現(xiàn)無滑差的同步傳動，獲得精確的傳動比。它與三角帶傳動相比，有明顯的節(jié)能效果。因?yàn)橥綆鲃邮菄Ш蟼鲃?，其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳遞動力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸