1、機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)計技術(shù) 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計要遵循機(jī)電結(jié)合、機(jī)電互補(bǔ)的原則，滿足高精度、快速響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。具體包括兩大部分的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動裝置的設(shè)計，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。機(jī)械設(shè)計技術(shù)機(jī)械傳動裝置設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計滾珠絲杠傳動無側(cè)隙齒輪傳動諧波齒輪傳動同步齒形帶傳動膜片彈性聯(lián)軸器 導(dǎo)軌設(shè)計支承裝置主軸組件設(shè)計 第一節(jié) 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)概述 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主

2、要功能是完成一系列機(jī)械運動。每一個機(jī)械運動可單獨由控制電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其功能要求。因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計要考慮產(chǎn)品的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)造型的合理化和最優(yōu)化 第一節(jié) 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)概述 一、機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)的基本要求 1、高精度 機(jī)械傳動精度主要是由傳動件的制造誤差、裝配誤差，傳動間隙和彈性變形所引起的。 2、快速響應(yīng) 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)之間的時間間隔短。機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)主要取決于加速度。 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)。 此外，還要求

3、機(jī)械系統(tǒng)具有較大的剛度，良好的可靠性和重量輕，體積小和壽命長。 為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施： （1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾動絲杠副，滾動導(dǎo)向支承等； （2）縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，如用加預(yù)緊力的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動與支承剛度； （3）選用最佳傳動比，以提高系統(tǒng)分辨率，減小等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速度； （4）縮小反響死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙，減小支承變形等措施； （5）改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提高剛性，減少振動，降低噪音，如采用復(fù)合材料等。 二、機(jī)械系統(tǒng)的組成 1傳動機(jī)構(gòu) 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的

4、傳動機(jī)構(gòu)要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計，以滿足整個機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能因此傳動機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。 2導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其作用是支承和導(dǎo)向，為機(jī)械系統(tǒng)中各運動裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運動提供保障， 3執(zhí)行機(jī)構(gòu) 它是用以完成操作任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下，完成預(yù)定的操作一般要求它具有較高的靈敏度、精確度，良好的重復(fù)性和可靠性。第二節(jié) 機(jī)械傳動系統(tǒng) 一、伺服機(jī)械傳動系統(tǒng)的傳動特性 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)，主要是以機(jī)械量(位置、速度，加速度、力等)為控制對象的一種自動控制系統(tǒng)。它在工作時，要求系統(tǒng)的輸出能

5、平穩(wěn)地、快速地、準(zhǔn)確地跟隨輸入指令動作。機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)已成為伺服系統(tǒng)的組成部分，直接影響系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。機(jī)械系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)本身的阻尼比、固有頻率有關(guān)。、又與機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)。因此，機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對伺服系統(tǒng)性能有很大影響。此外，機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多非線性因素，如傳動件的非線性摩擦、傳動間隙、機(jī)械零部件的非彈性變形等，對伺服系統(tǒng)性能也有較大影響。下面就機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對伺服系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行分析討論，以便在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計和選型時合理的考慮這些因素。 1.轉(zhuǎn)動慣量（M=J） 在不影響機(jī)械系統(tǒng)剛度的前提下，傳動機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡量減小。否則，轉(zhuǎn)動慣量大會對系統(tǒng)造成不

6、良影響：機(jī)械負(fù)載增大，需要增大驅(qū)動電機(jī)的功率；系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降；系統(tǒng)固有頻率減小，容易產(chǎn)生諧振。所以在設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)時應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)動慣量，通常采取以下措施： （1）選擇轉(zhuǎn)矩/慣量比(M/J)大的控制電機(jī)因為在伺服系統(tǒng)中高速電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量在總慣量中是主要的，往往比負(fù)載的折算慣量大得多，特別是減速比大的系統(tǒng)，所以應(yīng)盡量選用低慣量的控制電機(jī)。 (2)適當(dāng)選用強(qiáng)度高、剛度好、質(zhì)量輕的材料，減輕各零部件的質(zhì)量，合理布置結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量應(yīng)盡量靠近軸線。 (3)合理選取總傳動比和分配各級傳動比因為負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量折算到高速電機(jī)軸上，要除以傳動比的平方，總傳動比大，負(fù)載的折算慣量小。另外，合理地分

7、配各級傳動比也可使傳動系統(tǒng)的折算慣量減小。 另一方面，轉(zhuǎn)動慣量相當(dāng)于電路中的電容器，有儲能作用，可以改善轉(zhuǎn)速的均勻性，所以有些要求轉(zhuǎn)速均勻的產(chǎn)品如錄像機(jī)、收錄機(jī)等，都有轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪。轉(zhuǎn)動慣量的計算 對于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為：Jmd2/8d4L32式中：m為圓柱體質(zhì)量；d為圓柱體直徑；L為圓柱體的長度；為圓柱體密度。 導(dǎo)程為L的絲杠驅(qū)動質(zhì)量為m2的工作臺和質(zhì)量為m1的工件，工作臺和工件折算到絲杠上的總折算轉(zhuǎn)動慣量為： 齒條驅(qū)動的工作臺（m2）與工件（m1）折算到節(jié)圓半徑為r的小齒輪上的轉(zhuǎn)動慣量為 J=(m1+ m2)r 2 齒輪傳動轉(zhuǎn)動慣量折算 軸1上的

8、傳動齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1折算到軸2上時，等效折算慣量為J=J1/i2 （i為軸1與軸2之間的總傳動比，i=Z1/Z2）二級傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量折算 2.摩擦 摩擦力可分為靜摩擦力、庫侖摩擦力和粘性摩擦力。庫侖摩擦力是一種大小與速度無關(guān)的恒值阻滯力，當(dāng)兩物體作相對滑動時，便出現(xiàn)庫侖摩擦。粘性摩擦力代表一種阻滯力，它正比于相對速度，當(dāng)物體以般速度通過液體或氣體時就會出現(xiàn)粘性摩擦。庫侖摩擦和粘性摩擦可統(tǒng)稱為動摩擦。 摩擦是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的一個非線性因素，它對系統(tǒng)有不利影響，如會造成系統(tǒng)的死區(qū)誤差；引起動態(tài)滯后，降低系統(tǒng)響應(yīng)速度；引起低速爬行等，但摩擦對系境的穩(wěn)定性又是有利的 爬行是一種摩擦自激振動，

9、振動能量來自系統(tǒng)本身。產(chǎn)生爬行的原因可歸納為以下幾點； (1)當(dāng)摩擦副處于邊界摩擦?xí)r，存在著靜、動摩擦系數(shù)之差，而且動摩擦系數(shù)又隨滑動速度增加而降低這就可能使系統(tǒng)具有負(fù)阻尼或零阻尼； (2)運動件的質(zhì)量較大，因而具有較大的慣性； (3)傳動機(jī)構(gòu)的剛度不足； (4)當(dāng)移動件的質(zhì)量，摩擦副摩擦面間的摩擦性質(zhì)和傳動機(jī)構(gòu)的剛度一定時，在移動速度低到一定位后就產(chǎn)生爬行這個值就稱為爬行的臨界速度。 其中，靜、動摩擦系數(shù)的差異是產(chǎn)生爬行的內(nèi)因，運動件的質(zhì)量大、傳動件的剛度不足以及運動速度太低是產(chǎn)生爬行的條件。減小由靜摩擦而引起的系統(tǒng)誤差(死區(qū)誤差)的方法： 減小靜摩擦力,如采用滾動導(dǎo)孰、靜壓導(dǎo)軌等； 提高機(jī)

10、械系統(tǒng)的剛度。消除爬行的主要措施有： (1)減少靜，動摩擦系數(shù)之差如進(jìn)行良好潤滑，摩擦副采用減摩材料(如鋼或鑄鐵對銅或聚四氟乙烯塑料)，采用滾動導(dǎo)孰或靜壓導(dǎo)孰等； (2)提高傳動機(jī)構(gòu)的剛度； (3)動力潤滑。在控制信號中附加高頻分量，使伺服電機(jī)時刻處于適度的微振狀態(tài)，從而有利于克服靜摩擦，以有效減小低速爬行這種方法稱為“動力潤滑”。 3、阻尼 由振動理論知，運動中的機(jī)械部件易產(chǎn)生振動，其振幅取決于系統(tǒng)的阻尼和固有頻率，系統(tǒng)的阻尼越大，最大振幅越小，且衰減越快。機(jī)械部件振動時，金屬材料的內(nèi)摩擦較小(附加的非金屬減振材料內(nèi)摩擦較大)，而運動副(特別是導(dǎo)軌)的摩擦阻尼占主導(dǎo)地位。在實際應(yīng)用中一般將摩

11、擦阻尼簡化為粘性摩擦的線性阻尼。 實際應(yīng)用中一般取0.40.8的欠阻尼，既能保證振蕩在一定的范圍內(nèi)過渡過程較平穩(wěn)、過渡過程時間較短，又具有較高的靈敏度。 阻尼對彈性系統(tǒng)的振動特性的主要影響如下： 1) 系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的失動量和反轉(zhuǎn)誤差越大，使定位精度降低，加上摩擦-速度特性的負(fù)斜率，易產(chǎn)生爬行，降低機(jī)械的性能。 2) 系統(tǒng)的粘性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度越低。 3) 對于質(zhì)量大剛度低的機(jī)械系統(tǒng)，為了減小振幅、加速振動衰減，可增大粘性摩擦阻尼。過阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取 4、剛度（K=2m） 剛度是使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力大剛度對機(jī)械系統(tǒng)而言是有利的

12、：伺服系統(tǒng)動力損失隨之減小。機(jī)構(gòu)固有頻率高，超出機(jī)構(gòu)的頻帶寬度，使之不易產(chǎn)生共振。增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計時應(yīng)選用大剛度的機(jī)構(gòu)。 5、固有頻率 當(dāng)外界傳來的振動的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)會產(chǎn)生諧振，系統(tǒng)不能正常工作。系統(tǒng)固有頻率一般不應(yīng)低于50100赫茲。通常采用提高系統(tǒng)剛度，增加阻尼，調(diào)整機(jī)械構(gòu)件質(zhì)量和自振頻率等方法來提高系統(tǒng)的抗振性，防止諧振的發(fā)生。 6、間隙 在機(jī)械傳動系統(tǒng)中經(jīng)常存在著傳動間隙，如齒輪傳動的齒側(cè)間隙；絲杠螺母的傳動間隙；絲杠軸承的軸向間隙；聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等。下圖（a）是輸入和輸出構(gòu)件之間間隙的物理模型。當(dāng)不考慮輸入、輸出構(gòu)件的慣性和摩擦?xí)r，其

13、輸入、輸出關(guān)系具有圖（b）所示的滯環(huán)非線性特性。 二、機(jī)械傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 下面以數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)為例說明機(jī)械傳動系統(tǒng)建模的方法。在下圖所示的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，電動機(jī)通過兩級減速齒輪Z1,Z2,Z3,Z4及絲杠螺母副驅(qū)動工作臺作直線運動。 建模一般分兩步進(jìn)行首先把機(jī)械系統(tǒng)中各基本物理量折算到傳動鏈中的某個元件上 (本例折算到電動機(jī)軸上)，然后，再根據(jù)輸入量和輸出量的關(guān)系建立它的數(shù)學(xué)模型。 圖中JD為電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,J1為軸I的轉(zhuǎn)動慣量，J2、J3為軸II、軸III部件構(gòu)成的轉(zhuǎn)動慣量，K1，K2，K3，分別為軸I、II、III的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)，K為絲杠螺母副及螺母底座部分的軸

14、向剛度系數(shù)，m為工作臺及工件質(zhì)量：C為工作臺導(dǎo)軌粘性阻尼系數(shù)，T1,T2,T3分別為軸I、II、III的輸入轉(zhuǎn)矩。 1轉(zhuǎn)動慣量的折算 把軸I，II，III上的轉(zhuǎn)動慣量和工作臺的質(zhì)量都折算到軸I上，作為系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量。設(shè)T1，T2，T3分別為軸I，II，III的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，w1w2w3分別為軸I，II，III的角速度，v為工作臺的運動速度。 （1）軸I，II，III轉(zhuǎn)動慣量的折算 根據(jù)動力平衡原理，對于軸I有 對于軸II有 由于軸II的輸入轉(zhuǎn)矩是從軸I上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩獲得的，且與他們的轉(zhuǎn)速成反比，所以有 又有傳動關(guān)系知 所以 對于軸III有 根據(jù)力學(xué)原理和傳動關(guān)系，整理得 （2）工作臺質(zhì)量的折算 根據(jù)

15、動力平衡關(guān)系，絲杠轉(zhuǎn)動一周所作的功等于工作臺前進(jìn)一個導(dǎo)程時其慣性力所作的功，對于絲杠和工作臺有 又根據(jù)傳動關(guān)系有 所以 （3）折算到軸I上的總轉(zhuǎn)動慣量 將上式整理得到式中 J為系統(tǒng)折算到軸I上的總的轉(zhuǎn)動慣量。 2粘性阻尼系數(shù)的折算 機(jī)械系統(tǒng)工作過程中，相互運動的元件間存在著阻力，并以不同的形式表現(xiàn)出來，如摩擦阻力、流體阻力以及負(fù)載阻力等，這些阻力在建模時需要折算成與速度有關(guān)的粘滯阻尼力。再利用摩擦阻力與粘滯阻尼力所消耗的功相等這一原則求取粘性阻尼系數(shù)。 考慮到其它各環(huán)節(jié)的摩擦損失比工作臺導(dǎo)軌的摩擦損失小得多，故只計工作臺導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù)C。 當(dāng)只考慮阻尼力時，根據(jù)工作臺與絲杠之間的動力平衡關(guān)

16、系有 T32=CvL即絲杠轉(zhuǎn)一周所作的功，等于工作臺前進(jìn)一個導(dǎo)程時其阻尼力所作的功。 根據(jù)力學(xué)原理和傳動關(guān)系有 將T3和v值代入上式，整理后得： 式中 C工作臺導(dǎo)軌折算到軸I上的粘性阻力系數(shù) 3彈性變形系數(shù)的折算 機(jī)械系統(tǒng)中各元件在工作時受力或力矩的作用，將產(chǎn)生軸向伸長，壓縮或扭轉(zhuǎn)等彈性變形，這些變形將影響到整個系統(tǒng)的精度和動態(tài)特性建模時要將其折算成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)或軸向剛度系數(shù)。 本例中，應(yīng)先將各軸的扭轉(zhuǎn)角都折算到軸I上來，絲杠與工作臺之間的軸向彈性變形會使軸III產(chǎn)生一個附加扭轉(zhuǎn)角，也應(yīng)折算到軸I上，然后求出軸I的總扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)。 軸向剛度的折算 當(dāng)系統(tǒng)承擔(dān)負(fù)載后，絲杠螺母副和螺母座都會

17、產(chǎn)生軸向彈性變形，在絲杠輸入轉(zhuǎn)矩T3的作用下，絲杠和工作臺之間的彈性變形為，對應(yīng)的絲杠附加扭轉(zhuǎn)角為3，根據(jù)動力平衡原理和傳動關(guān)系，在絲杠軸III上有 所以 式中 K附加扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù) 扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)的折算 設(shè)1，2，3分別為軸I，II，III在輸入轉(zhuǎn)矩T1，T2，T3作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角。根據(jù)動力平衡原理和傳動關(guān)系有 由于絲杠和工作臺之間軸向彈性變形使軸III附加了一個扭轉(zhuǎn)角3，因此軸III上的實際扭轉(zhuǎn)角為： 將各軸的扭轉(zhuǎn)角折算到軸I上得軸I的總扭轉(zhuǎn)角式中 K折算到軸I上的總扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù) 2建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 把各種物理量都折算到電動機(jī)軸I上后，就可以建立數(shù)學(xué)模型了設(shè)輸入量為軸I的輸入轉(zhuǎn)角Xi，輸出

18、量為工作臺的線位移Xo根據(jù)傳動原理，把Xo折算成軸I的輸出角位移在軸I上根據(jù)動力平衡原理有 整理后得 這就是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,它是一個二階線性微分方程。其中J、C、K均為常數(shù)。 傳遞函數(shù)為 n和(是二階系統(tǒng)的兩個特征參量，對于不同的系統(tǒng) ，n和由不同的物理量組成，但對于機(jī)械系統(tǒng)而言，它們是由慣量(質(zhì)量)，摩擦阻力系數(shù)、彈性變形系數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的。 三、機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用機(jī)械傳動裝置 （一）齒輪傳動 1總傳動比的確定 齒輪傳動系統(tǒng)總傳動比i應(yīng)滿足伺服電機(jī)與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求。由于負(fù)載特性和工作條件的不同，齒輪傳動系統(tǒng)的最佳總傳動比有不同的確定原則。通常按“負(fù)載加速度最

19、大”的原則確定總傳動比，或按給定脈沖當(dāng)量及伺服電機(jī)和系統(tǒng)的運動要求確定總傳動比。 (1)按最大加速度原則確定總傳動比 用于伺服系統(tǒng)的齒輪傳動一般是減速系統(tǒng)，其輸入是高速、小轉(zhuǎn)矩，輸出是低速、大轉(zhuǎn)矩，用以使負(fù)載加速。因此，不但要求齒輪傳動系統(tǒng)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，還要有盡可能小的轉(zhuǎn)動慣量，以便在獲得同一加速度時所需轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應(yīng)最大。 下圖所示為傳動系統(tǒng)的計算模型。 額定轉(zhuǎn)矩為Tm、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為Jm的直流伺服電機(jī)，通過減速比為i的齒輪減速器，帶動轉(zhuǎn)動慣量為JL、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TLF的負(fù)載，其最佳傳動比確定如下 換算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TLP/i，換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量

20、為JL/i2 ，則電機(jī)上的加速轉(zhuǎn)矩Ta為 當(dāng) 時，即可求得使負(fù)載加速度為最大的總傳動比i值 若TLF=0，則 (2)按給定脈沖當(dāng)量或伺服電機(jī)確定傳動比 對于開環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量及步進(jìn)電機(jī)的步距角已確定時，可計算相應(yīng)的傳動比。設(shè)采用絲杠螺母的伺服傳動系統(tǒng)時，可用以下公式計算齒輪的總傳動比 對于閉環(huán)系統(tǒng)，若采用絲杠螺母傳動時，則按伺服驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速及所要求的移動部件的速度計算總傳動比，計算公式如下nmax 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)；tsp 絲杠螺距(mm)； vmax 最大移動速度(mm/min)。 2齒輪傳動鏈的級數(shù)及各級傳動比的分配 總傳動比確定后，就可根據(jù)具體要求在伺服電機(jī)與負(fù)載

21、之間配置傳動機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配。 從減少傳動級數(shù)和零件的數(shù)量出發(fā)，應(yīng)盡量采用單級齒輪傳動，這樣結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度和效率高。但伺服電機(jī)跟負(fù)載之間的總傳動比一般較大，若一級的傳動比過大，就會使整個傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸過大，并使小齒輪磨損加劇。雖然各種周轉(zhuǎn)輪系可以滿足總傳動比的要求且結(jié)構(gòu)緊湊，但由于效率等原因，常用多級圓柱齒輪傳動副串聯(lián)組成齒輪系。 確定齒輪副的級數(shù)和分配各級傳動比，按不同原則有三種方法。 小功率傳動裝置 以右圖所示的電機(jī)驅(qū)動的二級齒輪傳動系統(tǒng)為例。假設(shè)傳動效率為100，各主動小齒輪轉(zhuǎn)動慣量相同，軸與軸承的轉(zhuǎn)動慣量不計，各齒輪均為同寬度同材料的實心圓柱體，分度圓直徑分別為d1

22、、d2、d3，齒寬為b，密度為。該齒輪系中各轉(zhuǎn)動慣量折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量Jme為因為所以 令 可得 當(dāng) 時，可簡化為 所以 同理，可得n級齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的關(guān)系為 由此可見，各級傳動比的分配原則是“前小后大” 例：設(shè)i=80,傳動級數(shù)n=4的小功率傳動裝置，試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。 驗算i=i1i2i3i480 大功率傳動裝置 大功率傳動裝置傳遞的轉(zhuǎn)矩大，各級齒輪副的的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級增加。這時，小功率傳動的假設(shè)不適用，可用下圖a、b、c來確定傳動級數(shù)及各級傳動比。各級傳動比的分配原則仍然是“前小后大”。 通過分析計算，可以得出下列結(jié)論： 1. 按折算轉(zhuǎn)動慣

23、量最小的原則確定級數(shù)和各級傳動比，從電機(jī)到負(fù)載，各級傳動比按“前小后大”的次序分配； 2. 級數(shù)越多，總折算慣量越小。 3. 但是級數(shù)增加到一定值后，總折算慣量減小并不顯著，反而會增大傳動誤差，并使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 另外還要注意，高速軸上的慣量對總折算慣量的影響最大。 (2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 設(shè)齒輪傳動系統(tǒng)中各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為max，則 式中,k為第k個齒輪的轉(zhuǎn)角誤差；ikn為第k個齒輪的轉(zhuǎn)軸至n級輸出軸的傳動比。 設(shè)四級齒輪傳動系統(tǒng)各級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差分別為1,2,3，8，則換算到末級輸出軸上的總傳動比為 由此可知，總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動

24、比的大小。 在設(shè)計中，為提高齒輪系的傳動精度，從電機(jī)到負(fù)載，各級傳動比應(yīng)按“前小后大”的次序分配，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。 另外，應(yīng)盡量減少傳動級數(shù)，從而減少零件數(shù)量和誤差來源。 (3)質(zhì)量最小原則 小功率傳動裝置 仍以電機(jī)驅(qū)動的兩級齒輪傳動為例，假定各主動小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相同，軸與軸承的質(zhì)量不計，各齒輪均為實心圓柱體，且齒寬與材料均相同。則各齒輪的質(zhì)量之和為 式中b各齒輪寬度； 材料密度；D1,D2,D3,D4各齒輪的計算直徑。由于D1=D3，i=i1i2，則令 得 同理，對于n級傳動 由此可見，對于小功率傳動裝置，按“質(zhì)量最小”原則來確定傳動比時，

25、其各級傳動比是相等的。 大功率傳動裝置 仍以二級齒輪傳動為例。假定各主動小齒輪的模數(shù)用m1、m3、分度圓直徑Dl、D3、齒寬b1、b3都與所在軸上的轉(zhuǎn)矩T1、T3的三次方根成正比，另設(shè)每對齒輪的齒寬相等，即b1=b2，b3=b4，則 同理，對于三級齒輪傳動，假設(shè)b1=b2，b3=b4，b5=b6則 （4）三種原則的選擇 對于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)，可用質(zhì)量最小原則。 對于要求運動平穩(wěn)、啟動頻繁和動態(tài)性能要求好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按最小等效轉(zhuǎn)動慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。對于變負(fù)載的傳動齒輪系，各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，避免同期嚙合，以降低噪聲和振動。 對于要求提高傳

26、動精度和減小回程誤差為主的傳動齒輪系，可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則來處理。 對傳動比較大的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系巧妙結(jié)合為混合輪系。對于相當(dāng)大的傳動比，并且要求傳動精度與傳動效率高、傳動平穩(wěn)、體積小、重量輕時，可選用新型的諧波齒輪傳動。 3、齒輪傳動的消隙和預(yù)載 1)剛性消隙法 剛性消隙法是在嚴(yán)格控制輪齒齒厚和齒距誤差的條件下進(jìn)行的，調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償，但能提高傳動剛度。 偏心軸套調(diào)整法 偏心軸套式消隙機(jī)構(gòu)如圖所示。電動機(jī)1通過偏心軸套2裝在箱體上。轉(zhuǎn)動偏心軸套可調(diào)整兩齒輪中心距，消除齒側(cè)間隙。 錐齒輪調(diào)整法 錐齒輪消除間隙的結(jié)構(gòu)如上圖所示。將齒輪1、2的分度圓柱改為帶錐度的圓

27、錐面，使齒輪的齒厚在軸向產(chǎn)生變化。裝配時通過改變墊片3的厚度，來改變兩齒輪的軸向相對位置，以消除側(cè)隙。 墊片調(diào)整法 2)柔性消隙法 柔性消隙法指調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動補(bǔ)償。采用這種消隙方法時，對齒輪齒厚和齒距的精度要求可適當(dāng)降低，但對影響傳動平穩(wěn)性有負(fù)面影響，且傳動剛度低，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。 雙齒輪錯齒調(diào)整法 碟形彈簧消除斜齒圓柱齒輪側(cè)隙的機(jī)構(gòu) 壓力彈簧消隙機(jī)構(gòu) 雙斜齒圓柱齒輪消隙機(jī)構(gòu) （二）諧波齒輪傳動 (1)諧波齒輪傳動的構(gòu)造和工作原理 諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞運動和動力的，諧波齒輪傳動由剛輪1、柔輪2和波形發(fā)生器3(H

28、)三個主要構(gòu)件組成。 波形發(fā)生器的直徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時就將柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長軸方向與剛輪完全嚙合(A、B位置)，在短軸方向完全脫開(C、D位置)。當(dāng)波形發(fā)生器回轉(zhuǎn)時，柔輪長軸和短軸的位置隨之不斷變化，從而齒的嚙合處和脫開處也隨之連續(xù)變化，由于柔輪和剛輪在節(jié)圓處的嚙合過程，如同兩個純滾動的圓環(huán)一樣，它們在任意瞬間轉(zhuǎn)過的弧長都必須相等，因此對于雙波傳動，波形發(fā)生器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，柔輪和剛輪就必然相對移動2個齒距。如果剛輪固定，柔輪就沿著與波形發(fā)生器相反的回轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過一定角度。當(dāng)波形發(fā)生器連續(xù)運轉(zhuǎn)時，柔輪上任何一點的徑向變形量是隨轉(zhuǎn)角變化的變量，其展開圖為一正弦波，故稱之為諧

29、波傳動。 (2)諧波齒輪傳動的傳動比 諧波齒輪傳動的波形發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，剛輪相當(dāng)于中心輪，故諧波齒輪傳動裝置的傳動比可以應(yīng)用行星輪系求傳動比的方法來計算。假設(shè)g, r, H分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度，Zg、Zr分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)，則 當(dāng)柔輪固定時，r=0,以波形發(fā)生器為輸入軸，剛輪為輸出軸，則 設(shè)Zr=200、Zg=202，則iHg=101。結(jié)果為正值說明柔輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相同。 當(dāng)剛輪固定時，g=0, 以波形發(fā)生器為輸入軸，柔輪為輸出軸，則 設(shè)Zr=200、Zg=202，則iHr=-100。結(jié)果為負(fù)值說明柔輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相反。 (3)諧波齒輪

30、傳動的主要特點 諧波齒輪傳動具有如下優(yōu)點； 傳動比大 一般單級諧波齒輪傳動的傳動比為50500，多級和復(fù)式傳動的傳動比更大，可達(dá)30000以上。不僅用于減速，還可用于增速。 承載能力強(qiáng) 因為同時嚙合的齒數(shù)多，雙波傳動同時嚙合的齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30 40左右，而且齒與齒之間是面接觸。 傳動精度高 由于多齒嚙合對誤差有互相補(bǔ)償作用，因此在齒輪精度等級相同的情況下，諧波齒輪傳動的傳動誤差只有普通圓柱齒輪傳動的1/4左右，精密諧波齒輪傳動的傳動誤差可小于20。通過波形發(fā)生器半徑的微量改變可調(diào)整柔輪的變形量，使齒隙很小，甚至做到無側(cè)隙嚙合。 傳動效率高、運動平穩(wěn) 由于柔輪的輪齒在傳動過程中作均勻的徑向移

31、動，因此，即使輸入速度很高，輪齒的相對滑動速度仍極低，只有普通漸開線齒輪傳動的幾百分之一，所以磨損小、效率高。由于嚙入和嚙出時輪齒的兩側(cè)都參加工作，因而無沖擊現(xiàn)象，運動平穩(wěn)。 結(jié)構(gòu)簡單、零件少、體積小、重量輕。在傳動比和承載能力相同的條件下，諧波齒輪減速器比一般減速器的體積和重量減少約1/21/3。 諧波齒輪傳動的主要缺點是： 柔輪周期性的變形產(chǎn)生交變應(yīng)力，所以對材料、加工、熱處理都提出了較高的要求，否則容易產(chǎn)生疲勞破壞。目前使用較普遍的材料是35MnSiA，GCrl5，小功率傳動有的選用尼龍1010、尼龍6和含氟塑料。 轉(zhuǎn)動慣量大，啟動力矩大。為了減小折算轉(zhuǎn)動慣量，可在高速端串接一對圓柱齒輪

32、減速。 傳動比下限值較高，且不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)； 散熱條件差。 (4)諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用 諧波齒輪傳動裝置自行設(shè)計制造較少，多數(shù)選用現(xiàn)成產(chǎn)品。原電子工業(yè)部于1985年頒布的SJ2640-85單級諧波齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)，有10個機(jī)型43個品種，以柔輪內(nèi)徑表示機(jī)型號。另外，有關(guān)生產(chǎn)廠也有諧波齒輪減速器系列產(chǎn)品出售。設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)時，可根據(jù)減速比、額定輸入轉(zhuǎn)速和額定輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)選用相應(yīng)的諧波齒輪減速器。 （三）、同步帶傳動 1同步帶傳動的特點 同步帶傳動是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。它將帶的工作面及帶輪外周均制成齒形，通過帶齒與輪齒作嚙合傳動。帶內(nèi)有強(qiáng)力層，保持帶的節(jié)距不變

33、，使主、從動帶輪能作無滑差的同步傳動。 與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有如下優(yōu)點： 無滑動，傳動比準(zhǔn)確； 傳動效率高，可達(dá)98%，有明顯節(jié)能效果； 傳動平穩(wěn)，能吸振，噪聲小； 使用范圍廣，傳遞功率可由幾瓦到幾百千瓦，速度可達(dá)50m/s，速比可達(dá)10左右； 維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。 同步帶傳動的缺點是： 安裝精度要求高，中心距要求嚴(yán)格； 帶與帶輪制造較復(fù)雜，成本高。 3同步帶及帶輪的結(jié)構(gòu) (1)同步帶結(jié)構(gòu) 同步帶由帶背1、強(qiáng)力層2及帶齒4組成。為提高壽命，在采用氯丁橡膠為基體的同步帶中還增設(shè)了尼龍包布層3。 強(qiáng)力層是帶的抗拉元件，用來傳遞力并保證帶的節(jié)距不變。它多采用有較高抗拉強(qiáng)度、較小伸長率

34、的材料制造，如鋼絲、尼龍、玻璃纖維等。 帶齒為嚙合元件，帶背用來連接帶齒、強(qiáng)力層，并在工作中承受彎曲。故帶齒、帶背要求有較好的抗剪切、抗彎曲能力及較高的耐磨性和彈性。目前常用的材料有氯丁橡膠、聚氨脂等。 在氯丁橡膠制成的同步帶的齒面覆蓋著一層尼龍包布，以增加帶齒的耐磨性及帶的抗拉強(qiáng)度。常用的材料有尼龍帆布、錦綸布等。 (2)帶輪結(jié)構(gòu) 目前在國際上采用的帶輪齒形有直邊齒形和漸開線齒形兩種。帶輪的主要參數(shù)為； 帶輪的齒數(shù) 在一定速比下，取較少的帶輪齒數(shù)可使傳動結(jié)構(gòu)緊湊，但齒數(shù)過少，同時嚙合的齒數(shù)少，易造成帶齒受載過大而斷裂，一般要求同時嚙合的齒數(shù)應(yīng)大于 6。此外，帶輪齒數(shù)過少，在節(jié)距一定時，帶輪直

35、徑減小，使同步帶的彎曲應(yīng)力增大，過早疲勞斷裂。 帶輪的節(jié)線與節(jié)圓直徑d 同步帶上通過強(qiáng)力層中心、長度不發(fā)生變化的線稱為節(jié)線。當(dāng)同步帶包于帶輪時，帶輪上與帶的節(jié)線相切、并與節(jié)線作純滾動的圓稱為帶輪的節(jié)圓。在節(jié)圓上度量所得的相鄰兩齒對應(yīng)點的距離稱為帶輪的節(jié)距，用Pb表示。如帶輪齒數(shù)為Z，則帶輪的節(jié)圓直徑為d=PbZ/ (mm)。 帶輪齒形角 梯形齒同步帶帶輪齒形角取40。 帶輪齒頂圓直徑d0 由圖可以看出，d0=d-2a(mm)，式中a稱為節(jié)頂距，是帶輪節(jié)圓至齒頂圓間的距離。 帶輪節(jié)頂距的數(shù)值和其他參數(shù)如輪齒頂部、根部圓弧半徑，齒槽深度，齒槽寬度，帶輪寬度等，詳見GBll3611-189。 4同步

36、帶傳動失效形式 同步帶的主要失效形式為： 帶中強(qiáng)力層被拉斷； 帶齒被剪切破裂； 強(qiáng)力層從背帶中抽出； 帶齒工作表面磨損，失去原來形狀； 強(qiáng)力層伸長，使帶節(jié)距改變而發(fā)生爬齒。 根據(jù)這些失效情況，同步帶傳動計算主要是限制其單位寬度拉力，以保證帶的使用壽命。當(dāng)嚙合齒數(shù)少時，還需考慮齒的剪切和磨損。 5. 同步帶傳動的設(shè)計計算步驟 設(shè)計同步帶傳動的已知條件為： Pm 需要傳遞的名義功率； n1、n2 主從動輪的轉(zhuǎn)速或傳動比； (a) 確定帶的設(shè)計功率； (b) 選擇帶型和節(jié)距； (c) 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑； (d) 確定同步帶的節(jié)線長度、齒數(shù)及傳動中心距； (e) 校驗同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù)；

37、(f) 確定實際所需同步帶寬度； (g) 帶的工作能力驗算。 （四）、滾珠螺旋傳動 1滾珠絲杠傳動的原理和特點 滾珠絲杠傳動是在絲杠和螺母之間放入一定量的滾珠，使絲杠和螺母之間的摩擦由普通絲杠傳動的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。它由絲杠、螺母、滾珠和反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)等四部分組成。絲杠轉(zhuǎn)動，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母上裝有反向器，構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道，使?jié)L珠從通道的一端滾出后，沿著通道進(jìn)入另一端，重新進(jìn)入滾道，形成一閉合回路。 與普通滑動絲杠相比，滾珠絲杠傳動具有下列特點： (1)傳動效率高 滾珠絲杠副傳動的效率=0.920.96，比常見的絲杠螺母副提高34倍（滑動

38、絲杠效率為0.20.4）。因此，功率消耗只相于常見絲杠螺母副的1/41/3。 (2)傳動精度高 經(jīng)過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副，本身就具有很高的傳動精度，由于摩擦小，啟動時無沖擊，低速時無爬行，工作時溫升變形小，容易獲得較高的傳動精度。 (3)磨損小、壽命長 鋼球是在淬硬的滾道上作滾動運動，磨損極小，工作壽命一般要比滑動絲杠高56倍。 (4)運動的可逆性 逆?zhèn)鲃有蕩缀跖c正傳動效率相同，既可把回轉(zhuǎn)運動變成直線運動，又可把直線運動變成回轉(zhuǎn)運動，以用于一些特殊要求的場合。但在需要防止逆向傳動的場合，需設(shè)置防逆轉(zhuǎn)裝置。 (5)給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，

39、定位精度高，剛度好。 (6)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，成本高。 (7)不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于重力的作用，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需添加制動裝置。 2、滾珠絲杠副的參數(shù) （1）公稱直徑d0 滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。公稱直徑d0應(yīng)大于絲杠工作長度的1/30。數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠，公稱直徑d0為3080mm。 （2）基本導(dǎo)程L0 絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)2rad時，螺母上的基準(zhǔn)點的軸向位移。基本導(dǎo)程L0按承載能力選取，選取后應(yīng)驗算步距，以滿足單位進(jìn)給脈沖的步距要求，還要驗算螺旋升角，以滿足效率要求。傳動精度要求高，L0應(yīng)取

40、小些，這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的磨擦阻力較小。但當(dāng)如果L0 取小了勢必將滾珠直徑取小，滾珠絲杠副承載能力下降。另外，當(dāng)公稱直徑d0一定時，L0小，螺旋升角也小，傳動效率也變小。 （3）導(dǎo)程L 絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時，螺母上基準(zhǔn)點的軸向位移。 （4）接觸角 在螺紋滾道法向剖面內(nèi)滾珠球心與滾道接觸點的連線和螺紋軸線和垂直間的夾角，理想接觸角等于45。 （5）滾珠直徑db 滾珠直徑db應(yīng)根據(jù)軸承廠提供的尺寸選用。滾珠直徑db大，則承載能力也大，但在導(dǎo)程已確定的情況下，滾珠的直徑db受到絲杠相鄰兩螺紋間過渡部分最小寬度的限制，在一般情況下，滾珠直徑db0.6Lc但這樣算出的db值后，要按

41、滾珠直徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列圓整。 （6）滾珠的工作圈數(shù)j 試驗結(jié)果已表明，在每一個循環(huán)回路中，各圈滾珠所受的軸向負(fù)載是不均勻的，第一圈滾珠承受負(fù)載的50%左右，第二圈約承受30%，第三圈約為20%。因此滾珠絲杠副的每個循環(huán)回路的滾珠工作圈數(shù)取為j=2.53.5圈，工作圈數(shù)大于3.5無實際意義。 （7）滾珠的總數(shù)N 一般N不超過150個，若設(shè)計計算時超過規(guī)定的最大值，則因流通不暢容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。若出現(xiàn)此種情況可以從單回路式改為雙回路式或加大滾珠絲杠的名義直徑d0或加大滾珠直徑dc來解決。反之，若工作滾珠的總數(shù)N太少，將使得每個滾珠的負(fù)載加大，引起過大的彈性變形。 （8）其它參數(shù) 除了上述參數(shù)外，滾珠

42、絲杠副還有絲杠螺紋小徑D1、滾道圓弧偏心距e、滾道圓弧半徑R等參數(shù)。 3、滾珠絲杠副精度及絲杠有效行程 （1）精度等級 根據(jù)使用范圍及要求將滾珠絲杠副分為定位滾珠絲杠副（P）、傳動滾珠絲杠副（T）、精度分為七個等級，即1、2、3、4、5、7、10級。1級精度最高，依次逐漸降低。 （2）有效行程lu按下式計算 式中：lu有效行程，mm ll絲杠螺紋全長，mm lc余程，mm（見表） 余程的選擇 單位：mm公稱導(dǎo)程456810121620余程1620243240484860標(biāo)注方法例：1、FC1B-606-5-E2 左 (漢江機(jī)床廠) 2、FFZD405-3-D3/1400900 （南京工藝裝備廠

43、）螺紋旋向，右旋不標(biāo)檢查項目編號精度等級滾珠總?cè)?shù)基本導(dǎo)程公稱直徑預(yù)緊方式循環(huán)方式外形結(jié)構(gòu)特征 4、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式很多，其主要區(qū)別在于螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法等三個方面。 （1）螺紋滾道法向截面形狀 螺紋滾道法田截面的形狀，常見的有單圓弧(圖a)和雙圓弧(圖b)兩種。在螺紋滾道法向截面內(nèi)，滾珠與滾道接觸點的公法線和絲杠軸線垂直線之間的夾角刀稱為接觸角，一般取45。 單圓弧滾道用砂輪加工成型較簡單，容易得到較高的加工精度，但其接觸角隨間隙及載荷變化而變化，故傳動效率、承載能力和軸向剛度均不穩(wěn)定。 雙圓弧滾道的接觸角在工作過程中基本

44、保持不變，故傳動效率、承載能力和軸向剛度均比較穩(wěn)定。滾道底部與滾珠不接觸，其空隙可存儲一定的潤滑油和臟物，以減小摩擦和磨損。 (2)滾珠循環(huán)方式 按滾珠在整個循環(huán)過程中與絲杠表面的接觸情況，可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。但精度要求高，否則誤差對循環(huán)的流暢性和傳動平穩(wěn)性有影響。 左圖中的反向器為圓形帶凸鍵，不能浮動，稱為固定式反向器。若反向器為圓形，可在孔中浮動，外加彈簧片令反向器壓向滾珠，稱為浮動式反向器，可以做到無間隙有預(yù)緊，剛度較高，回珠槽進(jìn)出口自動對接，通道流暢，摩擦特性好，

45、但制造成本高。 外循環(huán)方式中的滾珠在循環(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。插管式外循環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。 若在螺母外表面上開槽與切向孔連接，在螺紋滾道內(nèi)裝入兩個擋珠器，代替彎管，則為螺旋槽式外循環(huán)，徑向尺寸較小，但槽與孔的接口為非圓滑連接，滾珠經(jīng)過時易產(chǎn)生沖擊。 若在螺母兩端加端蓋，端蓋上開槽引導(dǎo)滾珠沿螺母上軸向孔返回，則為端蓋式外循環(huán)，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但滾道銜接和彎曲處不易做準(zhǔn)確而影響其性能，故應(yīng)用較少。 (3)消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法 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的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原

46、有間隙的總和。通常采用雙螺母預(yù)緊的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。 目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。應(yīng)用該方法消除軸向間隙時應(yīng)注意以下兩點： 1)預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動，過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過最大軸向負(fù)載的1/3。 2)要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響。單螺母預(yù)緊 常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有三種： 墊片調(diào)隙式 用螺釘連接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣

47、，并在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生微量的軸向位移，以達(dá)到消除軸向間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但不很準(zhǔn)確，并且當(dāng)滾道磨損時不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。故適用于一般精度的傳動機(jī)構(gòu)。 螺紋調(diào)隙式 雙螺母中的一個外端有凸緣，一個外端無凸緣但制有螺紋，它伸出套筒外，用兩個圓螺母固定鎖緊，并用鍵防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。該形式結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、調(diào)整方便，缺點是不很精確。 齒差調(diào)隙式 在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪(齒數(shù)為z1、z2，且 z2-zl1)分別與內(nèi)齒圈嚙合，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒

48、上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，使兩螺母產(chǎn)生相對角位移，相應(yīng)地產(chǎn)生軸向的相對位移，從而兩螺母中的滾珠分別緊貼在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上，然后將內(nèi)齒圈復(fù)位固定，故而達(dá)到消除間隙，產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。當(dāng)兩個螺母按同方向轉(zhuǎn)過一個齒時，所產(chǎn)生的相對軸向位移為 若z1=99，z2=100，p 6mm，則s=0.6m。可見，該形式的調(diào)整精度很高，工作可靠。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能較差。 5. 防逆機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠副無自鎖作用，直安裝時，必須采取防逆措施，防止被驅(qū)動部件因自重發(fā)生逆?zhèn)鲃印７滥娲胧┯校?(1)采用本身不能逆轉(zhuǎn)的驅(qū)動電機(jī)(如電液脈沖電機(jī)、制動電機(jī)等) (2)采用有自鎖能力的中間傳動機(jī)構(gòu)(如蝸

49、輪蝸桿傳動)。 (3)采用電器、液壓及機(jī)械的制動裝置。 (4)采用重力平衡裝置。 常用的制動裝置有超越離合器和電磁摩擦制動裝置。 6. 滾珠絲杠副的支承方式 為了保證滾珠絲杠副傳動的剛度和精度，應(yīng)選擇合適的支承方式，選用高剛度、小摩擦力矩、高運轉(zhuǎn)精度的軸承，并保證支承座有足夠的剛度。 一端固定、一端自由(F-O) 如圖所示，其固定端軸向、徑向都需要有約束，采用圓錐滾子軸承3、5。軸承外圈由支承座4的臺肩軸向限位，內(nèi)圈由螺母1、2及軸肩軸向限位。兩軸承采用背靠背組配方式，可增大軸承間的有效支點距離，可承受雙向的軸向載荷和徑向載荷，并有較大的承受傾斜力矩的能力。這種結(jié)構(gòu)只能用于短絲杠或豎直安裝的絲

50、杠，在水平安裝時，兩軸承3、5之間的距離要盡量大一些。 一端固定、一端游動(F-S) 如圖所示。固定端采用深溝球軸承2和雙向推力球軸承4，可分別承受徑向和軸向負(fù)載，螺母1、擋圈3、軸肩、支承座5臺肩、端蓋7提供軸向限位，墊圈6可調(diào)節(jié)推力軸承4的軸向預(yù)緊力。游動端需要徑向約束，軸向無約束。采用深溝球軸承8，其內(nèi)圈由擋圈9限位，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮。 兩端固定(F-F) 兩端固定方式的支承為減少絲杠因自重的下垂和補(bǔ)償熱膨脹，應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸。如圖所示，兩端各采用一個推力角接觸球軸承，外圈限位，內(nèi)圈分別用螺母進(jìn)行限位和預(yù)緊：調(diào)節(jié)軸承的間隙，并根據(jù)預(yù)計溫升產(chǎn)生的熱膨脹量對絲

51、杠進(jìn)行預(yù)拉伸。只要實際溫升不超過預(yù)計的溫升，這種支承方式就不會產(chǎn)生軸向間隙。四、滾珠螺旋傳動單推單推1軸向剛度較高；2預(yù)拉伸安裝時，加載荷較大3適宜中速、精度高，并可用雙推單推組合。 雙推雙推四、滾珠螺旋傳動1軸向剛度最高；2預(yù)拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高3適宜高速、高剛度、高精度。 7. 滾珠絲杠副的潤滑與防護(hù) 潤滑 使用潤滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動效率。潤滑劑有液體和固體兩種。液體潤滑劑采用20號或30號機(jī)械油、90180號透平油或140號主軸油等。固體潤滑劑可用高壓潤滑脂或鋰基潤滑脂。用液體潤滑時，可從螺母殼體上的油孔注入螺母內(nèi)的空間。固體潤滑脂則要直接加在螺紋滾道和安

52、裝螺母的殼體空間內(nèi)。 防護(hù) 絲杠預(yù)緊后，軸向間隙小。當(dāng)硬質(zhì)灰或切屑等污物落入螺紋道內(nèi)，就會妨礙滾珠的運轉(zhuǎn)，并加快磨損，因此必須有防護(hù)裝置。 常用的防護(hù)裝置有： A.密封圈 密封圈裝在螺母的兩端，有接觸式和非接觸式兩種。接觸式的彈性密封圈是用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配合的形狀，即與螺紋滾道相貼合。這類密封的防塵效果好，但有接觸壓力，會使摩擦力矩稍有增大。非接觸式的密封圈是用聚氯乙烯等塑性材料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，故不會增加摩擦力矩，但防塵效果較差。非接觸式密封圈又稱為迷宮式密封圈。 B. 防護(hù)罩 防護(hù)罩能防止塵土及硬性雜質(zhì)等進(jìn)入滾珠絲杠。防護(hù)罩的形式有錐形管、伸縮套管、也有折疊式（手風(fēng)琴式）的塑料或人造革防護(hù)罩，也有用螺旋式彈簧鋼制成的防護(hù)罩聯(lián)接在滾珠絲杠的支承座及滾珠螺母的端部等。對防護(hù)罩材料的性能要求：耐油、耐腐蝕、耐高溫的耐用等。 8. 滾珠絲杠副的選用 滾珠絲杠