第六章機械技術(shù)

第一節(jié)概述

機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)是由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，與一般的機械系統(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)特征，就是說響應(yīng)要快、

穩(wěn)定性要好。?種經(jīng)典的機電?體化系統(tǒng)?般由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)

行元件、機械傳動部件、導向支承部件，以及檢測傳感部件等部分構(gòu)成。這里所說口勺機械

系統(tǒng)，一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等多種線性傳動部件以及連桿機構(gòu)、凸

輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機構(gòu)構(gòu)成。為確

保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，一般對機電一體化系統(tǒng)提出如下要求：

(1)高精度精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水

平和功能比一般的機械產(chǎn)品都有很大的提升，所以機電一體化機械系統(tǒng)的高精度是其首要

U勺要求。假如機械系統(tǒng)II勺精度不能滿足要求，則不論機電一體化產(chǎn)品其他系統(tǒng)工作怎樣精

確，也無法完畢其預定的鞏械操作。

(2)迅速響應(yīng)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(wù)之間的時間

間隔短，這么控制系統(tǒng)才干及時根據(jù)機械系統(tǒng)的運營狀態(tài)信息，下達指令，使其精確地完

畢任務(wù)。

(3)良好的穩(wěn)定性即要求機械系統(tǒng)U勺工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強。

另外還要求機械系統(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。

本章將機電一體化機械系統(tǒng)提成機械傳動和支承部件兩大部分，分別簡介較經(jīng)典的傳

動部件、旋轉(zhuǎn)和導向支承部件等的總體布局、機構(gòu)選型、構(gòu)造設(shè)計的優(yōu)化等基本問題。

第二節(jié)機械傳動

一、同步帶傳動

同步帶傳動早在1923年已經(jīng)有人研究并屢次提出專利，但其實用化卻是在二次世界

大戰(zhàn)后來。因為同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件，伴隨二次大戰(zhàn)后

工業(yè)的發(fā)展而得到注重，于1940年由美國尤尼羅爾(Unmyal)橡膠企業(yè)首先加以開發(fā)。1946

年辛加企業(yè)把同步帶用于縫紉機針和纏線管的同步傳匆上，取得明顯效益，并被逐漸引用

到其他機械傳動上。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

展。

(-)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67)。它主要用于中、小功率

的同步帶傳動，如多種儀器、計算機、輕工機械中均采用這種同步帶傳動。

(2)高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動又稱HTD帶(HighTorqueDrive)或STPD帶傳動(SuperTorque

PositiveDrive)o因為其齒形呈圓弧狀(圖6-2),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，如運送機械(飛機、汽車)、石油機械和機床、發(fā)電機等的傳動。

Di型Dn型

圖6-1同步帶傳動

(3)特種規(guī)格FI勺同步帶傳動這是根據(jù)某種機器特殊需要而采用H勺特種規(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(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。

..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)值來擬定帶

H勺型號及構(gòu)造參數(shù)。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J需

要，各國同步帶規(guī)格制度逐漸

統(tǒng)一到節(jié)距制。FI前僅前蘇聯(lián)

及東歐各國仍采用模數(shù)制。

圖6-2同步帶截面形狀

Pb一節(jié)距hi-齒厚hs一帶厚

(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、輪有不同的構(gòu)

造尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國際原則。

因為節(jié)距制起源「英、美，其計量單位為英制或經(jīng)換算口勺公制單位。

(3)DIN米制節(jié)距DIN米制節(jié)坨是德國同步帶傳動國標制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)

為齒節(jié)距，但原則節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計量單位為公制。在我國，因為德國進口

設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國也有應(yīng)用。

伴隨人們對齒形應(yīng)力分布歐I解析，開發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒(圖6-3b),緊接著人

們根據(jù)漸開線U勺展成運動，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

加好的嚙合(圖6-3c),使得同步帶傳動嚙合性能和傳動性能得到進一步優(yōu)化，旦傳動變

得更平穩(wěn)、精確、噪音更小。三種齒形傳遞能力、噪音水平、打滑扭矩的比較如圖6-4。

a)b)

圖6-3同步帶齒形H勺變遷

a一梯形齒b一圓弧齒c-近似漸開線齒

/1口—―t

，?-」__.?........................

100020003000400010002000300040005000012S

傳遞能力噪音水平打滑扭矩

圖6-4三種齒形比較

（二）同步帶傳動H勺優(yōu)缺陷

1.工作時無滑動，有精確的傳動比

同步帶傳動是一種嚙合傳動，雖然同步帶是彈性體，但因為其中承受負載的承載繩具

有在拉力作用下不伸長的特征，故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實現(xiàn)無

滑差的同步傳動，取得精確的傳動比。

2.傳動效率高，節(jié)能效果好

因為同步帶作無滑動的同步傳動，故有較高歐I傳動效率，一般可達（）.98。它與三角帶

傳動相比，有明顯的節(jié)能效果。

3.傳動比范圍大，構(gòu)造緊湊

同步帶傳動的傳動比一般可達成10左右，而且在大傳動比情況下，其構(gòu)造比三角帶

傳動緊湊。因為同步帶傳動是嚙合傳動，其帶輪直徑比依托摩擦力來傳遞動力艮I三角帶帶

輪要小得多，另外因為同步帶不需要大口勺張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小。所以

與三角帶傳動相比，在一樣的J傳動比下，同步帶傳動具有較緊湊日勺構(gòu)造。

4.維護保養(yǎng)以便，運轉(zhuǎn)費用低

因為同步帶中承載繩采用伸長率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運轉(zhuǎn)過程中

帶伸長很小，不需要像三角帶、鏈傳動等需經(jīng)常調(diào)整張緊力。另外，同步帶在運轉(zhuǎn)中也不

需要任何潤滑，所以維護保養(yǎng)很以便，運轉(zhuǎn)費用比三角帶、鏈、齒輪要低得多。

5.惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作

盡管同步帶傳動與其他傳動相比有以上優(yōu)點，但它對安裝時的中心距要求等方面極其

嚴格，同步制造工藝￡1雜、制造成本高。

（三）同步帶口勺構(gòu)造和尺寸規(guī)格

1.同步帶構(gòu)造

如圖6-5所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層構(gòu)成,>

工業(yè)用同步帶帶輪及截面形狀如圖6-6.圖6-7所示。

_二

圖6-5同步帶構(gòu)造

1一帶背2—承載繩3一帶齒4一包布帶

〃Of

圖6-6常用同步帶輪構(gòu)造

stMHI

a）RPP同步帶b）梯形齒同步帶C）圓孤齒同步帶

d）梯形齒雙面同步芍e）圓弧齒雙面同步帶f）交錯雙面齒同步帶

圖6-7常用同步帶構(gòu)造

2.同步帶規(guī)格型號

根據(jù)國標GB/TU616T989、GB/T11362-1989,我國同步帶型號及標識措施分別如表6-1

和圖6-8所示。

（四）同步帶的設(shè)計計算

1.失效形式和計算準則

同步帶傳動主要失效形式有：

（1）承載繩斷裂原因是帶型號過小和小帶輪直徑過小等。

表6T同步帶型號

節(jié)距

型號名稱

niniin

MXL(MinimaExtraLight)最輕型2.0320.08

XXL(ExtraExtraLight)超佬型3.1750.125(1/8)

XL(ExtraLight)特輕型5.0800.200(1/4)

L(Light)輕型9.5250.375(3/8)

H(Heavy)重型12.7000.5(1/2)

XII(ExtraHeavy)特重型22.2250.875(7/8)

XXH(DoubleExtraHeavy)最重型31.7501.25

420L050DA800II300

寬度代號（帶寬12.7mm）寬度代號（帶寬76.2mm）

型號（節(jié)距9.525nun）型號（節(jié)距12.700mm）

長度代號（節(jié)線長度1066.80mm）長度代號（節(jié)線長度2032mm）

對稱雙面齒帶型式代號

Bl50XXL4.8DB980XH200

寬度代號（帶寬4.8mm）寬度代號（帶寬50.8mm）

型號（節(jié)距3.175mm）型號（節(jié)距22.225mm）

長度代號（節(jié)線長度381mln）長度代號（節(jié)線長度2489.2mm）

交錯雙面齒帶型式代號

(b)

圖6-8同步帶標識舉例

(a)單ifii齒同步帶標識(b)雙|加齒mj步帶標識

(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

口勺初拉力過小等。

(3)帶齒的磨損原因是帶齒與輪齒的I嚙合干涉、帝的張緊力過大等。

(4)其他失效方式帶和帶輪日勺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。

在正常的工作條件下，同步帶傳動的設(shè)計準則是在不打滑的條件下，確保同步帶的抗

拉強度。在灰塵朵質(zhì)較多的條件下，則應(yīng)確保帶齒的一定耐磨性。

2.同步帶傳動的設(shè)計計算環(huán)節(jié)

設(shè)計同步帶傳動日勺己知條件為：

Pm需要傳遞的名義功率；

nLn2主從動輪的轉(zhuǎn)速或傳動比:

傳動部件的用途、工作環(huán)境和安裝位置等。

根據(jù)以上條件，按如下環(huán)節(jié)進行設(shè)計計算，詳細設(shè)計過程請參照有關(guān)手冊。

(1)擬定帶"勺設(shè)計功率；

(2)選擇帶型和節(jié)距；

(3)擬定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑；

(4)擬定同步帶的節(jié)線長度、齒數(shù)及傳動中心距；

(5)校驗同步帶和小帶輪U勺嚙合齒數(shù)；

(6)擬定實際所需同步帶寬度;

(7)帶的工作能力驗算。

二、齒輪傳動

(-)齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配

設(shè)計機電一體化齒輪傳動系統(tǒng)，主要是研究它的動力學特征，從而取得高精度、高穩(wěn)

定性、高速性、高可靠性和低噪聲的齒輪傳動系統(tǒng)。

1.最佳總傳動比

首先把傳動系統(tǒng)中的工作負載、慣性負載和摩擦負載綜合為系統(tǒng)的總負載，措施有：

(1)峰值綜合：若多種負載為非隨機性負載，將各偵載的峰值取代數(shù)和。

(2)均方根綜合：若多種負載為隨機性負載，取各負載的均方根。

負載綜合時，要轉(zhuǎn)化到電機軸上，成為等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩或等效均方根綜合負載

轉(zhuǎn)矩。使等效負載轉(zhuǎn)矩最小或負載加速度最大U勺總傳動比，即為最佳總傳動比。

2.總傳動比分配

齒輪系統(tǒng)的總傳動比擬定后，根據(jù)對傳動鏈的技術(shù)要求，選擇傳動方案，使驅(qū)動

部件和負載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達成合理匹配。若總傳動比較大，又不準備采用諧波、

少齒差等傳動，需要擬定傳動級數(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。可按下述三種

原則合適分級，并在各級之間分配傳動比。

(I)最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則

利用該原則所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)，換算到電機軸上日勺等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。

------------h3L

電動機-=-.-=-

4

圖6-9二級減速傳動

設(shè)有一小功率電機驅(qū)動日勺二級齒輪減速系統(tǒng)，如圖6-9所示。設(shè)其總傳

動比為。若先假設(shè)各主動小齒輪具有相同口勺轉(zhuǎn)動慣量，各齒輪均近似看成實心圓柱體，齒

寬、比重均相同，其轉(zhuǎn)動慣量為，如不計軸和軸承的轉(zhuǎn)動慣量，則根據(jù)系統(tǒng)功能不變

的原則，等效到電機軸上日勺等效轉(zhuǎn)動慣量為：

心=小幺*+白<6-1)

八；112

因為，，

所以，

即，

2

Jme=J|(i+/|+4+一)(6-2)

令，則，得到

當初，，

對于級齒輪傳動系年同類分析可得：

,,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，即可便傳動裝置的重量最輕。因為這個結(jié)

論是在假定各主動小齒輪模數(shù)、齒數(shù)均相同的條件下導出口勺，故全部大齒輪的齒數(shù)、

模數(shù)也相同，每級齒輪副的中心距離也相同。上述結(jié)論對于大功率傳動系統(tǒng)是不合用

的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒度等參數(shù)要逐層增長的情況，此時應(yīng)

根據(jù)經(jīng)驗、類比措施以及構(gòu)造緊湊之要求進行綜合考慮。各級傳動比一般應(yīng)以“先大

后小”原則處理。

（3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

為了提升機電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)傳遞運動的I精度，各級傳動比

應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪口勺加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)

角精度口勺影響。設(shè)齒輪傳動系統(tǒng)中各級齒輪H勺轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的J總轉(zhuǎn)角誤差

為，則

八

△02=￡（她"（6-3）

1=1

式中：一一第個齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差；

必一一第k個齒輪H勺轉(zhuǎn)軸至第〃級輸出軸H勺傳動比。

例如對于一種四級齒輪傳動系統(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I總轉(zhuǎn)角誤差為：

=—+她+即+A為土△.+△叱她+△隊（6-4）

?W4卬4Q

上述計算對小功率傳動比較符合實際，而對于大功率傳動，因為轉(zhuǎn)矩較大，需要按其

他法則進行計算。

綜上所述，設(shè)計定軸齒輪傳動系統(tǒng)，在擬定總傳動比、擬定傳動級數(shù)和分配傳動二匕時,

要根據(jù)系統(tǒng)的工作條件和功能要求，在考慮上述三個原則的同步，考慮其可行性和經(jīng)濟性,

合理分配傳動比。

（-）齒輪傳動間隙的調(diào)整措施

常用的調(diào)整齒側(cè)間隙H勺措施有如下幾種o

1.圓柱齒輪傳動

（I）偏心套（軸）調(diào)整法如圖6-10所示，將相互嚙合口勺一對齒輪中的一種齒輪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，經(jīng)過轉(zhuǎn)動偏心套（偏心軸）日勺轉(zhuǎn)角，就

可調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時時齒側(cè)間隙。特點是構(gòu)造笥樸,

但其側(cè)隙不能自動補償。

3

圖6-10偏心套式間隙消除機構(gòu)

1一偏心套2—電動機3—減速箱4J一減速齒輪

(2)軸向墊片調(diào)整法如圖6-11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，這么就能夠用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。

裝配時軸向墊片3H勺厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)乂靈活。特點同偏心

套(軸)調(diào)整法。

圖6-11圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機構(gòu)

(3)雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的措施是將其中?種做成寬齒輪，另一種

用兩片薄齒輪構(gòu)成。采用措施使?種薄齒輪的左齒側(cè)和另?種薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在

寬齒輪齒槽日勺左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)，詳細調(diào)整措施如下：

周向彈簧式(圖6-12)在兩個薄片齒輪2和4上各開了幾條周向圓弧槽，并在齒輪3和4

U勺端面I：有安裝彈簧2的短柱1。在彈簧2的作用下使薄片齒輪3和4錯位而消除齒側(cè)間

隙。這種構(gòu)造形式中的彈簧2的拉力必須足以克服驅(qū)動轉(zhuǎn)矩才干起作用。因該措施受到周

向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅合用于讀數(shù)裝置而不合用于驅(qū)動裝置。

可調(diào)拉簧式(圖6-13)在兩個薄片齒輪1和2上裝有凸耳3,彈簧H勺一端鉤在凸耳3上,

另一端鉤在螺釘7上。彈簧4日勺拉力大小可用螺母5調(diào)整螺釘7時伸出長度，調(diào)整好后再

用螺母6鎖緊。

圖6-12薄片齒輪周向拉簧錯齒調(diào)隙機構(gòu)圖6-13可調(diào)拉簧式調(diào)隙機構(gòu)

2.斜齒輪傳動

消除斜齒輪傳動齒輪側(cè)隙的措施與上述錯齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個薄片齒輪與一種

寬齒輪嚙合，只是在兩人薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這么它口勺螺旋線便錯開

了。圖6-14a是薄片錯齒調(diào)整機構(gòu)，其特點是構(gòu)造比較簡樸，但調(diào)整較費時，且齒側(cè)間隙不

能自動補償，圖6-14b是軸向壓簧錯齒調(diào)整機構(gòu)，其特點是齒側(cè)隙能夠自動補償，但軸向尺

寸較大，構(gòu)造欠緊湊。

(a)薄片錯齒調(diào)隙機構(gòu)(b)軸向壓寬錯齒調(diào)隨機構(gòu)

圖6-14斜齒輪調(diào)隙機構(gòu)

1.2—薄片齒花3—寬兩輪4一調(diào)整螺母3一彈黃6—墊、

3.錐齒輪傳動

⑴軸向壓簧調(diào)整法軸向壓簧調(diào)整法原理如圖6-15,在錐齒輪4的傳動軸7上裝有壓黃

5,其軸向力大小由螺母6調(diào)整。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動，從而消除了其與

嚙合日勺錐齒輪I之間日勺齒側(cè)間隙。

(2)周向彈簧調(diào)整法周向彈簧調(diào)整法原理如圖6-16,將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成

大小兩片(1、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1、2在彈簧力作用下

錯齒，從而達成消除間隙的目的。

圖6-15錐齒輪軸向壓簧調(diào)隙機構(gòu)圖6-16錐齒輪周向彈簧調(diào)隙機構(gòu)

L4一隹齒輪2.3一鍵5—壓簧6—螺母7一軸

I一大片錐齒輪2—小片惟齒輪3一鏈齒輪

4一鑲塊5—彈簧6一止動螺釘7一凸爪8—槽

4.齒輪齒條傳動機構(gòu)

在機電一體化產(chǎn)品中對于大行程傳動機構(gòu)往往采用齒輪齒條傳動，因為其剛度、精度

和工作性能不會因行程增大而明顯降低，但它與其他齒輪傳動一樣也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)采

用消隙措施。

當傳動負載小時，可采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法，使兩片薄齒輪日勺齒側(cè)分別緊貼齒條

的I齒槽兩相應(yīng)側(cè)面，以消除齒側(cè)間隙。

當傳動負載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖6-17所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與

小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，經(jīng)過預載裝置4向齒輪3上

圖6-17齒輪齒條的雙齒輪調(diào)毆機構(gòu)

1.6一小齒輪2.5一大齒輪3一齒條4一預載裝置7—齒條

預加負載，使大齒輪2.5同步向兩個相反方何轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪1.6轉(zhuǎn)動，具內(nèi)面

便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。

三、諧波齒輪傳動

諧波齒輪傳動具有構(gòu)造簡樸、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R益得到廣泛的應(yīng)用。

（-）諧波齒輪傳動的工作原理

諧波傳動是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動，它的出現(xiàn)為機械傳動技術(shù)帶來了

重大突破。圖6-18所示為諧波齒輪傳動的示意圖。它由三個主要構(gòu)件所構(gòu)成，即具有內(nèi)齒

的剛輪1、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。這三個構(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。一般波發(fā)生器為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一種為固定

件。當波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時，因為前者的總長度略不小于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變

為橢圓形，于是在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同步在橢圓

短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其他各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向H勺不同，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(zhuǎn)動時，柔輪長短軸口勺位置不斷交化，從而使輪齒

H勺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

運動。

在波發(fā)生器轉(zhuǎn)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

一致叢J,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預防輪齒干涉,

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)，一般取為等

于波數(shù)。

因為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)輪系口勺計算措施求得。

圖6-18諧波齒輪嚙合原理

I一剛輪2—柔輪3一波發(fā)生.器

（二）諧波齒輪傳動的傳動比計算

與行星齒輪輪系傳動比的計算相同，因為

.H_耽-3〃

re-(6-5)

叼一為

式中：、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度;

Zg、Z,.分別為剛輪和柔輪H勺齒數(shù)。

..1.當柔輪固定時，，則

,0”=上,"=|上=匚

SHz,MHzgzg

二3苻二Zg

-4-Zg-Z,(6-6)

設(shè)、時，則。成果為正值，闡明剛輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相同。

2.當剛輪固定時，，則

-H入初1ZgZr.

0-0”ZrcoHzrzr

%=*二一（6-7）

co.zr-z?

設(shè)、時，則。成果為負值，闡明柔輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相反。

（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，不同生產(chǎn)廠家原則代號也不盡相同。以XBI型通用諧波減速

器為例，其標識代號如圖6-19所示。表6-2為XB1型通用諧波減速器產(chǎn)品系列。

例如：XB1—120—100—6—G：表達單級、臥式安裝，具有水平輸由軸，機型為12。，減速

比為100,最大回差為6',G表達油脂潤滑。

XB1----------------------------

------最大回差

------減速比

------機型（指柔輪內(nèi)徑，單位為mm）

------單級、臥式安裝通用諧波減器

圖6-19諧波齒輪減速器標識示例

設(shè)計者也可根據(jù)需要單獨購置不同減速比、不同輸出轉(zhuǎn)矩的諧波減速搐中的三大

構(gòu)件（如圖6-20所示），并艱據(jù)其安裝尺寸與系統(tǒng)的機械構(gòu)件相聯(lián)結(jié)。圖6-21為小型諧波齒

輪減速器構(gòu)造圖。

諧波齒輪減速機選用闡明：

1.樣本中的圖表參數(shù)為原則產(chǎn)品，顧客選型時需擬定如下三項參數(shù)：

（1）傳動比或輸出轉(zhuǎn)速（r/min）

（2）減速機輸入功率（kw）

表6-2XB1諧波減速器部分技術(shù)參數(shù)

機減輸入轉(zhuǎn)速3000rpm輸入轉(zhuǎn)速1500rpm輸入轉(zhuǎn)速1000rpm

型速

比額定輸入額定輸入額定輸入

輸出力矩輸出轉(zhuǎn)速輸出力矩輸出轉(zhuǎn)速輸出力矩輸出轉(zhuǎn)速

功率功率功率

UTN.mnrpmTzN.mnrpmTN.mihrpm

22pkW2pkW2pkW

401.0750.0121.2380.0071.2250.005

25501.5600.0152.0300.0102.0200.006

632.0480.0152.5240.0102.5160.006

523.0580.0283.0290.0143.0190.009

32644.5470.0345.5230.0205.5160.014

805.0380.0306.5190.0206.5130.013

488.0630.0818.0310.0408.0210.027

6510460.07410230.03710150.025

40

8012380.07312190.03612130.024

10015300.07317150.04017100.027

4615650.15815330.07915220.053

4815630.15115310.07615210.050

5820520.16720260.08320170.056

5920510.16420250.08220170.055

6120490.15820250.07920160.063

7825380.15525190.07725130.052

508025380.15125190.07625130.050

8325360.14625180.07325120.049

9530320.15333160.08433110.056

10030300.14533150.08033100.053

11830250.12333130.0683380.045

12030250.12133130.0663380.044

12530240.11638120.0734480.056

4825630.25225310.12625210.084

5125590.23725290.11825200.079

5830520.25030260.12530170.083

5930510.24630250.12330170.082

6230480.23430240.11730160.078

7340410.26540210.13240140.088

7540400.25840200.12940130.086

7840380.24840190.12440130.083

60

10050300.24255150.13355100.089

10550290.23055140.112755100.084

11850250.20562130.1277280.098

12050250.20162130.1257280.097

12650240.19262120.1197280.092

14850200.16362100.1017270.078

15050200.16162100.1007270.077

16050190.1516290.0947260.073

4860630.56160310.28060210.187

5060600.53960300.16960200.180

5260580.51860290.25960190.173

6172490.53072250.26572160.177

6572460.49772230.24972150.166

75100400.598100200.299100130.199

80

78100380.575100190.288100130.192

80100380.561100190.281100130.187

93120320.579130160.314130110.209

98120310.550130150.298130100.198

100120300.539130150.292130100.194

125120240.431150120.26915080.180

波發(fā)生曷

3

剛輪柔輪波發(fā)生器

圖6-20諧波減速器三大構(gòu)件圖6-21諧波減速器構(gòu)造

（3）額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min）

2.如減速機輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機型號時應(yīng)分別擬定:

工作條件為“恒功率”時按最低轉(zhuǎn)速選用機型：工作條件為“恒扭矩”時,按最高轉(zhuǎn)

速選用機型。訂貨時須闡明是否與電機直聯(lián)，電機型號及參數(shù)。

3.選用減速機輸入功率與輸出扭矩曰勺計算:

(6-8)

(6-9)

Tei=TKA

式中：P—減速機額定輸入功率（KW）

7一減速機額定輸出扭矩（Nm）

K,一工作情況系數(shù)（見表6-3）

表6-3XB1諧波減速器工作情況系數(shù)

每日工作時間(小時)

原動機負荷性質(zhì)

>1—2>2—10>10—24

輕微沖擊1.001.301.50

電動機中檔沖擊1.301.501.75

較大沖擊或慣性沖擊1.501.752.00

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

（6-10）

Fa=2TKA/DFR

式中：D—齒輪、鏈輪、皮帶輪日勺節(jié)圓直徑（m）

FR一懸臂負荷系數(shù)（齒輪FR=1.5；鏈輪FR=1.2；三角皮帶輪FR=2；平皮帶輪FR=2.5）

當懸臂負荷不不小于或等于許用懸臂負荷（見表6-4）,即時，即可經(jīng)過。

表6-4XB1諧波齒輪減速機軸伸許用懸鶻負荷

型號XB1-100XB1-120XB1-160XB1-200XB1-250

許用懸臂負荷F40005000100001500017000

5.如減速機使用在有可能發(fā)生過載的工作場合，應(yīng)安裝過載保護裝置。

四、滾珠螺旋傳動

滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲

杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通

道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預緊裝置。為延長工作壽

命，可設(shè)置潤滑件和密封件。

滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其他直線運動副相比.有卜列特點：

（I）傳動效率高一般滾珠絲杠副的J傳動效率達90%?95%,花費能量僅為滑動絲桿

口勺1/3。

（2）運動平穩(wěn)滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，開啟與工作摩擦力矩差別很小。開啟時

無沖擊，預緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提升接觸剛度和傳動精度。

（3）工作壽命長滾珠絲杠螺母副口勺摩擦表面為高硬度（HRC58—62）、高精度，具有

較長B勺工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的470倍以上。

（4）定位精度和反復定位精度高因為滾珠絲桿圖摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙,

經(jīng)過預緊進行預拉伸以補償熱膨張。所以可達成較高日勺定位精度和反復定位精度。

(5)同步性好用幾套相同的滾珠絲桿副同步傳動幾種相同日勺運動部件，可得到很好

日勺同步運動。

(6)可靠性高潤滑密封裝置構(gòu)造簡樸，維修以便。

(7)不能自鎖用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。

(8)制造工藝復雜滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成

本較高。

(一)工作原理與構(gòu)造

如圖6-22所示，絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿螺

紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦，為預防滾珠從滾道中滾出，在

螺母H勺螺旋槽兩端設(shè)的回程引導裝置，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道

內(nèi)循環(huán)。

圖6-22滾珠絲桿副構(gòu)造

滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。

內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中一直與絲桿表面保持接觸，在螺母的側(cè)面孔

內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器.利用反向器引導滾珠越過絲桿的螺紋頂部進入相鄰滾道,

形成一種循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有2?4個滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。

內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母口勺徑向尺寸也較小。其

不足之處是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不以便。

外循環(huán)外循環(huán)方式中口勺滾珠在循環(huán)返向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外

作循環(huán)運動。從構(gòu)造上看，外循環(huán)有如卜三種形式，即螺旋槽式、插管式和端蓋式。圖6-23

為端蓋式循環(huán)和插管循環(huán)原理圖。因為滾珠絲杠副日勺應(yīng)用越來越廣，對其研究也更進一步,

為了提升其承載能力，開發(fā)出了新型的滾珠循環(huán)方式（UHD）（圖6-24b）,為了提升回轉(zhuǎn)

精度，一種無螺母口勺絲杠副（圖6-24c）被研制成功。

（二）滾珠絲杠副軸向間隙H勺調(diào)整和施加預緊力的措施

滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格要求，以確

保其反向傳動精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時在滾珠與滾道型面接觸點口勺彈性

圖6-23絲杠螺母構(gòu)造

圖6-24滾珠的排列方式和新型絲杠螺母構(gòu)造

1.變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙日勺總和。一般采用雙螺母預緊或單螺母

（大滾珠、大導程）日勺措施，把彈性變形控制在最小程度內(nèi)，以減小或消除軸向間

隙，并能夠提升漆珠絲杠副的剛度。

2.雙螺母預緊原理

雙螺母預緊原理如圖6-25所示，是在兩個螺母之間加墊片來消除絲杠和螺母之間時間

圖6-25雙螺母預緊原理

3.隙。根據(jù)墊片厚度不同提成兩種形式，當墊片厚度較厚時即產(chǎn)生“預拉應(yīng)力”，而

當墊片厚度較薄時即產(chǎn)生“預壓應(yīng)力”以消除軸向間隙.

4.單螺母預緊原理（增大滾珠直徑法）

單螺母預緊原理如圖6-26所示，為了補償滾道的間隙，設(shè)計時將滾珠的尺寸合適增大，使

其4點接觸，產(chǎn)生預緊力，為了提升工作性能，能夠在承載滾珠之間加入間隔鋼球。

5.單螺母預緊原理（偏置導程法）

偏置導程法原理如圖6-27所示，僅僅是在螺母中部將其導程增長一種預壓量八，以達成預

緊的目的。

圖6-27單螺母預緊原理（偏置導程法）

(三)滾珠絲杠副的軸向彈性變形

滾珠絲杠受軸向載荷后，滾珠和滾道面將產(chǎn)生彈性變形，軸向彈性

變形量與軸向載荷之間的關(guān)系與滾動軸承的計算相同，根據(jù)HerzlJ勺點接觸理論，和

滿足下式：

廠2/3

心c產(chǎn)兒脩川)

1.單螺母預緊(無預緊)的軸向彈性變形3“

3/圖3")⑹⑵

式中：一鋼球和滾道日勺接觸角(45°)；

。。一鋼球直徑(mm)；

。一單個鋼球所受載荷(N)；

Q=l()x￡JZsina

Z一鋼球數(shù)：

J一和精度、構(gòu)造有關(guān)日勺系數(shù)。

2.雙螺母預緊時的軸向變形量

如圖6-28所示，對兩個螺母A和B施加預緊力后，螺母A、B均變形至X

點。假如這時作用有外力，則螺母A從X點向XI點、螺母B從X點向X2點移動(圖6-22)。

因為和成正比關(guān)系，假設(shè)其百分比系數(shù)為k,則有，而且螺母