2.1-2.2機(jī)械系統(tǒng)部件及其功能要求

1、第二章 機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì),1,,,本章教學(xué)目標(biāo)及要求機(jī)電一體化系統(tǒng)對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部件的要求；滾珠絲杠的傳動(dòng)與間隙調(diào)整；齒輪（諧波齒輪）傳動(dòng)與間隙調(diào)整；導(dǎo)軌副的選擇與間隙調(diào)整；旋轉(zhuǎn)支承部件的選擇；軸系設(shè)計(jì)的基本要求及提高軸系性能的措施；機(jī)座（機(jī)架）設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題等。,第二章 機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì),2,,,本章學(xué)習(xí)時(shí)間 8學(xué)時(shí)本次課的講述內(nèi)容第一節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)部件及其功能要求第二節(jié) 滾珠絲杠傳動(dòng)部件

2、重點(diǎn)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部件的要求；滾珠絲杠的傳動(dòng)與間隙調(diào)整；,第二章 機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì),3,,,主要包括四大部分： 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要傳遞能量和動(dòng)力 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定要求運(yùn)動(dòng) 軸系：主要傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 機(jī)座或機(jī)架：是支撐其他零部件的基礎(chǔ)部件,4,,,第一節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)部件及其功能要求,一. 對機(jī)械傳動(dòng)部件的要求二. 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)功能三. 機(jī)械傳動(dòng)部件的發(fā)展趨勢

3、,5,1. 機(jī)械傳動(dòng)部件的功能： 傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配； 改變運(yùn)動(dòng)形式，如將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)；,,,一. 對機(jī)械傳動(dòng)部件的要求,2. 對機(jī)械傳動(dòng)部件的要求 剛度高；傳動(dòng)可靠；傳動(dòng)間隙??；精度高、體積?。恢亓枯p；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；傳遞轉(zhuǎn)矩大等。,1. 線性傳動(dòng)部件 螺旋傳動(dòng)：改變運(yùn)動(dòng)形式和動(dòng)力形式； 齒輪傳動(dòng)：改變運(yùn)動(dòng)方向、改變速度/動(dòng)

4、力大??； 同步帶傳動(dòng)：改變運(yùn)動(dòng)方向、改變速度/動(dòng)力大??；2. 非線性傳動(dòng)部件 連桿 凸輪,6,,,二. 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)功能,7,,,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能（√ ：為選擇）,具體講有三個(gè)方面：1) 精密化：根據(jù)其性能的需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫?。并不是?精密越好。適應(yīng)產(chǎn)品的高定位精度等性能的要求。2) 高速化：產(chǎn)品工作效率的高低，直接與機(jī)械傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速 度

5、相關(guān)。3) 小型化、輕量化：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型、輕量化，提高運(yùn)動(dòng)靈敏度 (快速響應(yīng)性)、減小沖擊、降低能耗。與微電子部件 的微型化相適應(yīng)。,8,,,三. 機(jī)械傳動(dòng)部件的發(fā)展趨勢,9,,,第二節(jié) 滾珠絲杠傳動(dòng)部件,滾珠絲杠的發(fā)展歷史 視頻演示,滾珠絲杠的使用范圍 視頻演示,滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦 視頻演示,10,,,11,,,12,,,第二節(jié) 滾珠絲杠傳動(dòng)部件,一. 絲杠螺

6、母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)形式二. 滾珠絲杠副的組成特點(diǎn)及截面形狀三. 螺紋滾道型面的形狀及主要尺寸四. 滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方式五. 滾珠絲杠副軸向間隙的預(yù)緊調(diào)整方法六. 滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)七. 滾珠絲杠副的精度等級及標(biāo)注方法八. 滾珠絲杠副的支承方式九. 滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置及密封防護(hù)與潤滑十. 滾珠絲杠副的選擇方法,13,,,第二節(jié) 滾珠絲杠傳動(dòng)部件,將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

7、 有以傳遞力為主 有以傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主 還有調(diào)整零件之間相對位置 按照摩擦性質(zhì)分還有滑動(dòng)(摩擦) 和滾動(dòng)(摩擦)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、具有自鎖功能，但 其摩擦阻力矩大滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，無自鎖功能，但其 最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小,一、 絲杠螺母機(jī)

8、構(gòu)基本傳動(dòng)形式,14,,,a.螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。b.絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)。c.螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)。 d.絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。,15,,,差動(dòng)傳動(dòng)原理,,△λ＝n×(Ph1-Ph2),16,,,二. 滾珠絲杠副的組成特點(diǎn)及截面形狀,滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)由反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)l、螺母2、絲杠3和滾珠4等四部分組成。,滾珠絲杠副的典型的結(jié)構(gòu)類型

9、 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可以從 螺紋滾道的截面形狀、 滾珠的循環(huán)方式、 消除軸向間隙的調(diào)整方法,17,,,螺紋滾道法向截面形狀,18,,,三.螺紋滾道型面(法向)的形狀及主要尺寸,單圓弧型螺紋滾道 雙圓弧型螺紋滾道,a為接觸角：滾道型面與滾珠接觸點(diǎn)的法線與絲杠軸向的垂線間的夾角，一般為45°,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)兩種。,19,,,四. 滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方

10、式,1-反向器；2-彈簧套；3-絲桿；4-碟簧片,內(nèi)循環(huán)方式,外循環(huán)：外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式：,1）螺旋槽式：2）插管式：3) 端蓋式：,20,,,21,如圖(a)所示，螺母3的外端有凸緣，螺母4的外端制有螺紋，并通過兩個(gè)圓螺母固定。 預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾珠相向受力(如圖b所示)，從而消除軸向間隙。 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單

11、、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。,,1-鎖緊螺母；2-調(diào)整螺母；3、4-滾珠螺母,,五. 滾珠絲杠副軸向間隙的預(yù)緊調(diào)整方法,1.雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式,如圖所示, 兩個(gè)螺母3分別制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個(gè)齒，與兩端的兩個(gè)內(nèi)齒輪2相嚙合，并用螺釘和定位銷固定在套筒1上。 兩個(gè)滾珠螺母相對于套筒同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒后固定，兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，使兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對移動(dòng)，從而消除間隙并產(chǎn)生的預(yù)緊

12、力。 其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整，即可進(jìn)行精密微調(diào)，使用中調(diào)整較方便。,22,,1-套筒；2-內(nèi)齒輪；3-螺母；4-絲杠,,2.雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式,如圖所示，調(diào)整墊片l的厚度，可使兩螺母2產(chǎn)生相對位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。,23,,,雙螺母墊片預(yù)緊式 1-墊片； 2-螺母,3.雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式,如圖所示，雙螺母中一個(gè)活動(dòng)另一個(gè)固定

13、，用彈簧使其間始終具有產(chǎn)生軸向位移的推動(dòng)力，從而獲得預(yù)緊力。 其特點(diǎn)是能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適用于輕載場合。,24,,彈簧自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式,,4.彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式,圖示為單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊方式。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向制作一個(gè)?Ph 的導(dǎo)程突變量，從而使二列滾珠產(chǎn)生軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，預(yù)緊力的大小取決于?Ph 和單列滾珠的徑向間隙。 其

14、特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但使用中不能調(diào)整，且制造困難。,25,,,5. 單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式,26,,,六. 滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù),公稱直徑（d0）； 基本導(dǎo)程(Ph)(或螺距t) ；行程 此外還有絲杠螺紋大徑d1、絲桿螺紋底徑d2、滾珠直徑DW、螺母螺紋底徑D2、螺母螺紋內(nèi)徑D3、絲杠螺紋全長等。,七. 滾珠絲杠副的精度等級及標(biāo)注方法,1. 精度等級：根據(jù)GB/T17587.3-1998（與ISO 34

15、08-3：1992同）標(biāo)準(zhǔn)，將滾珠絲杠副的精度分成為1、2、3、4、5、7、10共七個(gè)等級，最高級為1級，最低級為10級。按實(shí)際使用要求，在每一精度等級內(nèi)指定了導(dǎo)程精度的驗(yàn)收檢驗(yàn)項(xiàng)目，未指定的檢驗(yàn)項(xiàng)目其導(dǎo)程誤差不得低于下一級精度的規(guī)定值。 2. 標(biāo)注方法：GB/T17587.1-1998規(guī)定滾珠絲杠的標(biāo)識(shí)符號(hào)應(yīng)按下圖給定順序排列的內(nèi)容標(biāo)注。,27,,,新標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符號(hào),28,,,尺寸系列，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO／DIS3408-2-19

16、91)和GB/T 17587.2-1998中規(guī)定： 公稱直徑(mm)：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160及200。 公稱基本導(dǎo)程(mm)：1，2，2．5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40。盡可能優(yōu)先選用：2.5，5，10，20及40。,29,,,30,,,典型支承方式,八. 滾珠絲杠副的支承方式,推力軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加

17、預(yù)緊力。 其特點(diǎn)是軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低。,31,,,單推-單推式,1) 單推-單推式,兩端分別安裝推力軸承與深溝球軸承的組合，并施加預(yù)緊力，其軸向剛度最高。 該方式適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。但隨溫度的升高會(huì)使絲杠的預(yù)緊力增大，易造成兩端支承的預(yù)緊力不對稱。,32,,,,雙推-雙推式,2) 雙推-雙推式,一端安裝止推軸承和圓柱滾子軸承的組合，另一端僅安

18、裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時(shí)應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響。 雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動(dòng)精度較高的長絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。,33,,,雙推-簡支式,3) 雙推-簡支式,一端安裝推力軸承與圓柱滾子軸承的組合，另一端懸空呈自由狀態(tài)。 故軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。,34,,,雙推-自由式,4) 雙推-自由式,1) 簡易單推-單推式支承,35,,,軸承的組合安

19、裝支承示例,2) 雙推-簡支支承方式,36,,,,3) 雙推-自由式支承,37,,,38,,,九. 滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置及密封防護(hù)與潤滑,簡易電磁摩擦制動(dòng)裝置,1-鐵心； 2-電磁線圈； 3-彈簧； 4-摩擦離合器； 5-電動(dòng)機(jī)； 6-滾珠絲杠副；7-主軸頭,防護(hù)套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。,39,,,1-螺旋彈簧鋼帶式伸縮套管； 2-波紋管密封套,滾珠絲杠副的密封,密封圈,常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類潤滑脂

20、一般在裝配時(shí)放進(jìn)滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤滑潤滑油時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常通過注油孔注油,40,,,滾珠絲杠副的潤滑,根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。例如，當(dāng)允許有間隙存在時(shí)(如垂直運(yùn)動(dòng))，可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。,4

21、1,,,十. 滾珠絲杠副的選擇方法,1.滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇,2.滾珠絲杠副尺寸的選擇,選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇絲杠的公稱直徑d0和基本導(dǎo)程 。公稱直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。 基本導(dǎo)程Ph(或螺距t)應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取，導(dǎo)程大承載能力也大，導(dǎo)程小傳動(dòng)精度較高。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。,42,,,在選用滾珠絲杠副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件：最大的工作載荷Fmax(或

22、平均工作載荷Fcp)(N)、使用壽命T(h)、絲杠的工作長度(或螺母的有效行程)ls(mm)、絲杠的轉(zhuǎn)速n(或平均轉(zhuǎn)速ncp)(r／min)、滾道的硬度HRC及絲杠的工況，然后按下列步驟進(jìn)行選擇。,43,,,3.滾珠絲杠副的選擇步驟,44,,,(1)承載能力選擇,45,,,(2)壓桿穩(wěn)定性核算式,46,,,滾珠絲杠在軸向力的作用下，將產(chǎn)生伸長或縮短，在扭矩的作用下, 將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而影響絲杠導(dǎo)程的變化，從而影響傳動(dòng)精度及定位精度，故應(yīng)驗(yàn)算