21_22_机械传动机构

机电一体化技术机械技术2.1机械系统的选择和设计要求2.2机械传动机构2.3机械导向支承机构2.4机械旋转支承机构2.5轴系部件的选择和设计2.6机座或机架的设计2.1机械系统的选择和设计要求机电一体化系统要求快速响应性、高的精度和稳定性无间隙低摩擦低惯量高刚度适当的阻尼比机电一体化系统对机械零件的要求绝大多数机电一体化系统都具有伺服功能，机械零件必须根据伺服控制的要求进行选择和设计高谐振频率1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；2)缩短传动链，提高传动与支承刚度；3)选用最佳传动比以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4)缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施；5)改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。采取措施：2.2机械传动机构机械传动部件的功能是传递转矩和转速，使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配选择传动间隙小，精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件要求：精密化、高速化、小型、轻量化1、螺旋传动滑动摩擦式螺旋传动滚动摩擦式螺旋传动按运动方式分为丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副滑动螺旋传动的特点传动比大驱动负载能力强、自锁传动效率低，磨损快滑动螺旋传动的形式及应用螺母固定、螺杆转动并移动优点：螺母本身起着支承作用，简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度缺点：所占轴向尺寸较大(螺杆行程的两倍加上螺母厚度)，刚性较差使用场合：工作行程短螺杆转动，螺母移动特点：结构紧凑(所占轴向尺寸取决于螺母厚度及行程大小)，刚度较大适用：工作行程较长螺母移动、丝杠转动需要限制螺母移动和丝杆的移动，由于结构复杂且占用空间大，应用较少丝杆固定、螺母转动并移动传动方式简单、紧凑，但在多数情况下，使用不方便，应用很少丝杆螺母传动的类型和特点差动螺旋传动差动螺旋传动设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Ph1和Ph2。当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为如果Ph1与Ph2相差很小，则z很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。)(221hhPPl差动螺旋传动若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。)(221hhPPl2、滚动螺旋传动—滚珠丝杠螺母副机构(1)滚珠丝杠副的工作原理具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦，当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠副的特点①传动效率高摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率为0.92~0.96②给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好③运动平稳，无爬行现象，传动精度高④运动具有可逆性（可将直线运动转化为回转运动，传动效率也高达90%以上）⑤磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠都经过淬硬）⑥制造工艺复杂⑦不能自锁（2）滚珠螺旋传动的结构型式与类型①螺纹滚道法向截形它是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。接触角：滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角理想接触角为45o②滚珠循环方式滚珠的循环方式可分为内循环和外循环内循环：滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环在螺母1的侧孔内，装有接通相邻滚道的反向器。外循环：滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环。3.滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径（d0）:它指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它是滚珠丝杠副的特征（或名义）尺寸。基本导程(Ph)(或螺距t)：它指丝杠相对于螺母旋转6.28弧度时，螺母上基准点的轴向位移。行程：它指丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。此外还有丝杠螺纹大径d1、丝杆螺纹底径d2、滚珠直径DW、螺母螺纹底径D2、螺母螺纹内径D3、丝杠螺纹全长等。滚珠丝杠副的精度滚珠丝杠副的精度等级为1,2,3,4,5，7,10级精度，代号分别为1,2,3,4,5,7,10其中1级为最高，依次逐级降低滚珠丝杆副的标识(5)滚珠丝杠副轴向间隙的调整1、垫片调隙式通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的优点：构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。缺点：调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片2、螺纹调隙式其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。2、齿差调隙式在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，并装人内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧力的目的4、弹簧式自动调整预紧式在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向制作一个∆Ph的导程突变量，从而使二列滚珠产生轴向错位而实现预紧，预紧力的大小取决于∆Ph和单列滚珠的径向间隙。特点:结构简单紧凑，但使用中不能调整，且制造困难（5）单螺母变位导程自预紧式滚珠丝杆副的支承方式为提高刚度，常以推力轴承为主的轴承组合来支承丝杆当载荷较少时，也可用角接触球轴承来支承1、单推-单推（只有轴向约束）2、双推-双推（径向约束和轴向约束）3、双推-简支4、双推-自由1)简易单推-单推式支承3)双推-自由式支承因滚珠丝杠传动效率高，无自锁作用，故在垂直安装状态，必须设置防止因驱动力中断而发生逆传动的自锁、制动或重力平衡装置。超越离合器1-外圈；2-星轮；3-滚柱：4-活销；5-弹簧制动装置当主轴7作上、下进给运动时，电磁线圈2通电并吸引铁心1，从而打开摩擦离合器4，此时电动机5通过减速齿轮、滚珠丝杠副6托动运动部件（主轴头）7作垂直上下运动。当电动机断电时，电磁线圈2也同时断电，在弹簧3的作用下摩擦离合器4压紧制动轮，使滚珠丝杠不能自由转动，从而防止运动部件因自重而下降。单推-单推式支承的简易制动装置1-铁心；2-电磁线圈；3-弹簧；4-摩擦离合器；5-电动机；6-滚珠丝杠副；7-主轴头滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封来防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副密封圈：接触式和非接触式滚珠丝杠副的密封与润滑使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度，延长其使用寿命。润滑剂：润滑脂和润滑油防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套