1、第二章 機械系統(tǒng)設計,2.1 概 述,一. 機電一體化對機械系統(tǒng)的基本要求,3. 穩(wěn)定性好、可靠性高、阻尼合適、體積小、重量輕、壽命長等,2. 響應快、摩擦小、慣量小、諧振頻率高（高接觸剛度， 可避免共振）,1. 精度高、剛度高、無間隙(盡可能小),二. 機械系統(tǒng)的組成,1. 傳動機構,2. 導向機構：起導向與支承作用,3. 執(zhí)行機構,第二章 機械系統(tǒng)設計,2.2 傳動機構設計,一. 無側隙齒輪傳動機構,（一） 直齒圓柱齒輪傳動機構,1. 偏心軸套調整法,偏心軸套,電動機,2. 雙片薄齒輪錯齒調整法,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,（二） 斜齒輪傳動機構,1. 墊片調整法,2. 軸

2、向壓簧調整法,2.2 傳動機構設計,寬齒輪應為人字形齒輪,（三）錐齒輪傳動機構,2.2 傳動機構設計,1. 軸向壓簧調整法,2.2 傳動機構設計,2. 周向彈簧調整法,2.2 傳動機構設計,（四）齒輪齒條傳動機構,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,通過預載裝置4向齒輪3上預加負載,使大齒輪2、5同時向兩個相反方向轉動,從而帶動小齒輪1、6轉動,其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右兩側,消除了齒側間隙。,2.2 傳動機構設計,三. 滾珠絲杠副傳動機構 （一）工作原理及結構,內循環(huán)式：滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸,2.2 傳動機構設計,外循環(huán)式：

3、滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)，可分為螺旋槽式、插管式和端蓋式三種。上圖為螺旋槽式,2.2 傳動機構設計,插管式外循環(huán),2.2 傳動機構設計,端蓋式外循環(huán),2.2 傳動機構設計,（二） 滾珠絲杠副的特點 1. 傳動效率高，可達90%95%，而滑動絲杠副的傳動效率約為30%40%。 2. 運動具有可逆性，直線運動與回轉運動可互相轉換。 3. 系統(tǒng)剛度好。 4. 傳動精度高，滾珠絲杠副可加工出高精度，又由于其摩擦力小,工作時螺桿的熱變形小，螺桿尺寸穩(wěn)定，并且經預緊后，可得到無間隙傳動，因而具有較高的傳動精度與定位精度。 5. 使用壽命長、可靠性高 6. 不能自鎖，用于垂直升降傳動時，需附加制動裝

4、置。 7. 制造工藝復雜，成本較高。 ,通過預緊獲得高傳動剛度,2.2 傳動機構設計,（三）滾珠絲杠副軸向間隙的調整和加預緊力的方法 1. 墊片調隙式,2.2 傳動機構設計,2. 螺紋調隙式,2.2 傳動機構設計,3. 齒差調隙式,當兩個螺母按同方向轉過一個齒時,其相對軸向位移為 Ph為導程。如果z1=99,z2=100,Ph=5 mm,則 L=0.5 m?？梢?這種方法的特點是調整精度很高,工作可靠, 但結構復雜,加工工藝和裝配性能較差。,2.2 傳動機構設計,（四）滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級及標注方法 1. 主要尺寸 標稱直徑D0：滾珠中心圓直徑。 如南京工藝裝備廠生產的FFZD40

5、5-3-D3/1400*900滾珠絲杠副的 標稱直徑D0為40mm，導程為5mm，承載滾珠為3圈，D級精度，檢驗13項，右旋，絲杠全長為1400mm，螺紋長900mm。 各相關尺寸可由設計手冊或廠家網站查得。 2. 精度等級分為C、D、E、F、G、H級，C級最高，H級最低 3. 標注方法,2.2 傳動機構設計,（五）滾珠絲杠副的安裝 支承方式的選擇,a圖為一端固定、一端自由，剛度最低 b圖為一端固定、一端游動，剛度較高 c圖為兩端推力軸承，剛度較高 d圖為兩端固定，剛度最高,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,（六）滾珠絲杠副的設計計算,2.

6、2 傳動機構設計,例：試設計一數(shù)控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副，已知平均工作載荷Fm=3800N，絲杠工作長度L=1.2m，平均轉速nm=100r/min，最大轉速nmax=10000r/min，使用壽命Lh=15000h，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為5862HRC，傳動精度要求=0.03mm,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,四. 錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器,定心性好、承載能力高、傳遞功率大、轉速高、壽命長、具有過載保護、能承受振動和沖擊、使用方便。,2.2 傳動機構設計,五. 軟軸傳動,由幾層緊密纏繞在一起的彈簧鋼絲層構成，相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。,傳動時一層鋼絲擰緊，另一層鋼絲擰松，

7、從而鋼絲層互相壓緊在一起，傳遞轉矩。適合靈活在兩個軸線不重合的軸間傳動，能彎曲繞過障礙物。,2.2 傳動機構設計,六. 同步齒形帶傳動,傳動精度高、效率高、能傳遞較大力,七. 諧波齒輪減速器,由波發(fā)生器、剛輪和柔輪構成，傳動時柔輪產生的彈性變形波近似于諧波，故稱諧波齒輪減速器。,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,2.2 傳動機構設計,柔輪和剛輪的齒距相同，但齒數(shù)不等，設剛輪齒數(shù)為100，柔輪齒數(shù)為98，當剛輪固定，波發(fā)生器以速度n1轉動，則柔輪轉速n2滿足：,當波發(fā)生器轉1圈（360）時，柔輪嚙合了100個齒，轉動,故 ，柔輪轉動方向與波發(fā)生器相反。,諧波齒輪減速器的工作過程,特點：

8、傳動比大，可達50 500 ；同時嚙合的齒效多，承載能力大；側隙小，傳動平穩(wěn)，傳動精度高；體積??；傳動效率較高。,諧波齒輪減速器廣泛應用于雷達、機器人、數(shù)控機床、電動自行車中。,2.3 導向機構設計,一. 分類 滑動導軌：結構簡單、剛度好、抗振性好 滾動導軌：磨損小、定位精度高、靈敏度高、運動平穩(wěn)可靠,導軌用于支承與導向，直接決定了設備直線運動的精度。,二. 導軌的基本要求,3. 耐磨性好,5. 抗疲勞和壓潰,2. 剛度好,4. 低速運動平穩(wěn),6. 結構工藝性好,1. 導向精度高,2.3 導向機構設計,三. 滾動直線導軌,1. 特點： 承載能力大，其圓弧滾道承載能力可達平面滾道的13倍； 剛性

9、好；壽命長(摩擦系數(shù)約為滑動導軌的1/50)；傳動平穩(wěn) 可靠；具有結構自調整能力，裝配調整容易。,2. 分類 1）按滾動體形狀分：滾珠式與滾柱式,2）按導軌截面形狀分：矩形和梯形,3）按滾道溝槽形狀分：單圓弧和雙圓弧,2.3 導向機構設計,3. 滾動直線導軌的設計計算,2.3 導向機構設計,2.3 導向機構設計,2.3 導向機構設計,2.3 導向機構設計,4. 滾動直線導軌的其它形式,1）圓柱形滾動直線導套副,運動輕便、靈活、精度高、維護方便、常用于輕載移動、輸送系統(tǒng)。,2.3 導向機構設計,2） 滾珠花鍵副,12條滾珠列中6條用于承載，6條用于滾珠循環(huán)，可自動定心，運動精度與承載能力較大。,

10、2.3 導向機構設計,四. 塑料導軌,塑料導軌既降低成本，又提高了抗振性、耐磨性、低速運動平穩(wěn)性。,（一）塑料導軌軟帶 以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨等混合燒結，并做成軟帶狀。,1. 特點 1）摩擦系數(shù)低且穩(wěn)定，比鑄鐵導軌低1個數(shù)量級。 2）動靜摩擦系數(shù)相近，低速平穩(wěn)性好。 3）抗振性好 4）耐磨性好，即使無潤滑也能工作。 5）耐高溫、低溫、強酸、強堿、強氧化劑及各種有機溶劑。 6）維修方便 7）結構簡單、成本低,2.3 導向機構設計,2. 使用 將軟帶粘在導軌面上即可,2.3 導向機構設計,（二）金屬塑料復合導軌板 內層鋼背保證機械強度與承載能力，多孔中間層由銅絲網或球形青銅

11、粉構成，再用真空浸漬使塑料進入孔或網中。,特點：摩擦特性優(yōu)良、耐磨損 、承載能力,2.3 導向機構設計,應用實例：,2.3 導向機構設計,（三）塑料涂層 若只有一個摩擦面磨損嚴重，則可把磨損部分切除，涂上配好的膠狀塑料涂層，利用模具或另一摩擦面使涂層固化即可。,右圖所示為SOLON3-1型鏜銑加工中心導軌上調整間隙用的楔鐵，調好精度后，注入塑料涂層，免去了大量刮研工作量。,2.4 執(zhí)行機構設計,一. 對執(zhí)行機構的要求 響應速度快、動態(tài)特性好、動靜態(tài)精度高、動作靈敏、效率高、體積小、質量輕、可靠性好,二. 微動機構 是在一定范圍內精確、微量地移動或實現(xiàn)特定的進給運動的機構。,1. 手動機械式,2. 熱變形式,2.4 執(zhí)行機構設計,某機床微動機構,3. 磁致伸縮式,2.4 執(zhí)行機構設計,特點：重復精度高、無間隙、剛度好、慣量小、穩(wěn)定性好、結構簡單、緊湊；但位移量很小，如100mm長鐵鈷釩棒僅能伸長7m,三. 定位機構 XH754型臥式加工中心分度工作臺,四. 數(shù)控機床自動回轉刀架,五. 工業(yè)機器人末端執(zhí)行器 1. 機械夾持