1、第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),2.1 概 述,一. 機(jī)電一體化對(duì)機(jī)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(zhǎng)等,2. 響應(yīng)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(wú)間隙(盡可能小),二. 機(jī)械系統(tǒng)的組成,1. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：起導(dǎo)向與支承作用,3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu),第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),一. 無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),（一） 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),1. 偏心軸套調(diào)整法,偏心軸套,電動(dòng)機(jī),2. 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（二） 斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),1. 墊片調(diào)整法,2. 軸

2、向壓簧調(diào)整法,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),寬齒輪應(yīng)為人字形齒輪,（三）錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),1. 軸向壓簧調(diào)整法,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2. 周向彈簧調(diào)整法,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（四）齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu),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(guò)預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載,使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng),其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右兩側(cè),消除了齒側(cè)間隙。,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),三. 滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu) （一）工作原理及結(jié)構(gòu),內(nèi)循環(huán)式：滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與螺桿保持接觸,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),外循環(huán)式：

3、滾珠在返回時(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),插管式外循環(huán),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),端蓋式外循環(huán),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（二） 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 1. 傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%95%，而滑動(dòng)絲杠副的傳動(dòng)效率約為30%40%。 2. 運(yùn)動(dòng)具有可逆性，直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可互相轉(zhuǎn)換。 3. 系統(tǒng)剛度好。 4. 傳動(dòng)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(shí)螺桿的熱變形小，螺桿尺寸穩(wěn)定，并且經(jīng)預(yù)緊后，可得到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而具有較高的傳動(dòng)精度與定位精度。 5. 使用壽命長(zhǎng)、可靠性高 6. 不能自鎖，用于垂直升降傳動(dòng)時(shí)，需附加制動(dòng)裝

4、置。 7. 制造工藝復(fù)雜，成本較高。 ,通過(guò)預(yù)緊獲得高傳動(dòng)剛度,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（三）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 1. 墊片調(diào)隙式,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2. 螺紋調(diào)隙式,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),3. 齒差調(diào)隙式,當(dāng)兩個(gè)螺母按同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí),其相對(duì)軸向位移為 Ph為導(dǎo)程。如果z1=99,z2=100,Ph=5 mm,則 L=0.5 m?？梢?jiàn),這種方法的特點(diǎn)是調(diào)整精度很高,工作可靠, 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工工藝和裝配性能較差。,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（四）滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)及標(biāo)注方法 1. 主要尺寸 標(biāo)稱直徑D0：滾珠中心圓直徑。 如南京工藝裝備廠生產(chǎn)的FFZD40

5、5-3-D3/1400*900滾珠絲杠副的 標(biāo)稱直徑D0為40mm，導(dǎo)程為5mm，承載滾珠為3圈，D級(jí)精度，檢驗(yàn)13項(xiàng)，右旋，絲杠全長(zhǎng)為1400mm，螺紋長(zhǎng)900mm。 各相關(guān)尺寸可由設(shè)計(jì)手冊(cè)或廠家網(wǎng)站查得。 2. 精度等級(jí)分為C、D、E、F、G、H級(jí)，C級(jí)最高，H級(jí)最低 3. 標(biāo)注方法,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（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(dòng)，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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（六）滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算,2.

6、2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),例：試設(shè)計(jì)一數(shù)控銑床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副，已知平均工作載荷Fm=3800N，絲杠工作長(zhǎng)度L=1.2m，平均轉(zhuǎn)速nm=100r/min，最大轉(zhuǎn)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(dòng)精度要求=0.03mm,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),四. 錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器,定心性好、承載能力高、傳遞功率大、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、具有過(guò)載保護(hù)、能承受振動(dòng)和沖擊、使用方便。,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),五. 軟軸傳動(dòng),由幾層緊密纏繞在一起的彈簧鋼絲層構(gòu)成，相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。,傳動(dòng)時(shí)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(zhuǎn)矩。適合靈活在兩個(gè)軸線不重合的軸間傳動(dòng)，能彎曲繞過(guò)障礙物。,2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),六. 同步齒形帶傳動(dòng),傳動(dòng)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(gòu)成，傳動(dòng)時(shí)柔輪產(chǎn)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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),柔輪和剛輪的齒距相同，但齒數(shù)不等，設(shè)剛輪齒數(shù)為100，柔輪齒數(shù)為98，當(dāng)剛輪固定，波發(fā)生器以速度n1轉(zhuǎn)動(dòng)，則柔輪轉(zhuǎn)速n2滿足：,當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)1圈（360）時(shí)，柔輪嚙合了100個(gè)齒，轉(zhuǎn)動(dòng),故 ，柔輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與波發(fā)生器相反。,諧波齒輪減速器的工作過(guò)程,特點(diǎn)：

8、傳動(dòng)比大，可達(dá)50 500 ；同時(shí)嚙合的齒效多，承載能力大；側(cè)隙小，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高；體積??；傳動(dòng)效率較高。,諧波齒輪減速器廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、電動(dòng)自行車中。,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),一. 分類 滑動(dòng)導(dǎo)軌：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度好、抗振性好 滾動(dòng)導(dǎo)軌：磨損小、定位精度高、靈敏度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠,導(dǎo)軌用于支承與導(dǎo)向，直接決定了設(shè)備直線運(yùn)動(dòng)的精度。,二. 導(dǎo)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn),6. 結(jié)構(gòu)工藝性好,1. 導(dǎo)向精度高,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),三. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,1. 特點(diǎn)： 承載能力大，其圓弧滾道承載能力可達(dá)平面滾道的13倍； 剛性

9、好；壽命長(zhǎng)(摩擦系數(shù)約為滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50)；傳動(dòng)平穩(wěn) 可靠；具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力，裝配調(diào)整容易。,2. 分類 1）按滾動(dòng)體形狀分：滾珠式與滾柱式,2）按導(dǎo)軌截面形狀分：矩形和梯形,3）按滾道溝槽形狀分：?jiǎn)螆A弧和雙圓弧,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),3. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),4. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的其它形式,1）圓柱形滾動(dòng)直線導(dǎo)套副,運(yùn)動(dòng)輕便、靈活、精度高、維護(hù)方便、常用于輕載移動(dòng)、輸送系統(tǒng)。,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),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(dòng)定心，運(yùn)動(dòng)精度與承載能力較大。,

10、2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),四. 塑料導(dǎo)軌,塑料導(dǎo)軌既降低成本，又提高了抗振性、耐磨性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。,（一）塑料導(dǎo)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(jié)，并做成軟帶狀。,1. 特點(diǎn) 1）摩擦系數(shù)低且穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌低1個(gè)數(shù)量級(jí)。 2）動(dòng)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(wú)潤(rùn)滑也能工作。 5）耐高溫、低溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。 6）維修方便 7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2. 使用 將軟帶粘在導(dǎo)軌面上即可,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（二）金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板 內(nèi)層鋼背保證機(jī)械強(qiáng)度與承載能力，多孔中間層由銅絲網(wǎng)或球形青銅

11、粉構(gòu)成，再用真空浸漬使塑料進(jìn)入孔或網(wǎng)中。,特點(diǎn)：摩擦特性優(yōu)良、耐磨損 、承載能力,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),應(yīng)用實(shí)例：,2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),（三）塑料涂層 若只有一個(gè)摩擦面磨損嚴(yán)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(dǎo)軌上調(diào)整間隙用的楔鐵，調(diào)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),一. 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求 響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)特性好、動(dòng)靜態(tài)精度高、動(dòng)作靈敏、效率高、體積小、質(zhì)量輕、可靠性好,二. 微動(dòng)機(jī)構(gòu) 是在一定范圍內(nèi)精確、微量地移動(dòng)或?qū)崿F(xiàn)特定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。,1. 手動(dòng)機(jī)械式,2. 熱變形式,2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),某機(jī)床微動(dòng)機(jī)構(gòu),3. 磁致伸縮式,2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),特點(diǎn)：重復(fù)精度高、無(wú)間隙、剛度好、慣量小、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；但位移量很小，如100mm長(zhǎng)鐵鈷釩棒僅能伸長(zhǎng)7m,三. 定位機(jī)構(gòu) XH754型臥式加工中心分度工作臺(tái),四. 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,五. 工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器 1. 機(jī)械夾持