第三章 常见机械传动部件的选择与设计

Zg g Zg H Zr Zg Zr H i ， 1 ， i Hg g H Zr H Zg Zg g Zg Zr
H rg
若Zr=200，Zg=202, iHr=101。正值说明刚轮与波形发 生器的转向相同。
二、主要参数的设计计算
1. 齿形：渐开线，齿形角为20。应用广泛。为防止啮合干 涉，采用短齿和径向变位
滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低，具 有自锁功能，但摩擦阻力矩大、传动效率低（30%-40%）。 滚珠丝杠螺母机构：传动效率高（92%-98%） 、摩擦阻力矩 小；但结构复杂，制造成本高。在机电一体化系统中应用广 泛。
2. 基本传动形式
1) 螺母固定、丝杠转动并 移动：
螺母本身起着支承作用，结构简单 刚性差；消除了丝杠与轴承之间可 能产生的轴向窜动,容易获得较高 的传动精度；所占轴向尺寸较大 （丝杠行程的两倍加上螺母高度）, 适用于行程较小的场合
6. 轴向间隙的调整与预紧：提高其传动刚度
预紧方式 双螺母螺纹预紧 (p.27图2.12) 双螺母齿差预紧 (p.27图2.13) 双螺母垫片预紧 (p.27图2.14) 代号 L C D 说明 结构简单，刚性好，预紧可靠，调整方 便，但不能精确定量地进行调整 调整精确方便，但结构复杂 结构简单，刚性高，预紧可靠，调整不 方便， 结构简单紧凑，但使用中不能调整，且 制造困难。
nkper ≤ 0.8 × nk
nkper---允许工作转速（r/min） nk --- 临界转速（r/min）
插管式外循环
螺母1上钻出纵向孔作为滚珠回 程滚道；滚珠的回程道口在螺 母两端的端盖上
端盖式外循环
5. 主要尺寸参数：( p.24 图2.10)
1)公称直径d0（特征尺寸）：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
2) 基本导程：丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的轴
向位移。 基本导程根据机电一体化产品的精度要求确定，精度要 求较高时应选取较小的基本导程。
最简单，侧隙不能自动补偿
图1 偏心轴套式消隙结构
2、双片薄齿轮错齿调整法
1，2：薄片齿轮 3，7：螺钉
4，9：凸耳
5：螺母（调节螺 钉7的长度）
6：螺母（锁紧）
8：弹簧
图2 圆柱薄片齿轮错齿调整-可调拉簧式 一个作成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。使一个薄齿轮的左齿侧和另 一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除间隙 齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。反向时不会出现死区
在工作过程中基本保 持不变（45）。能 存储一定的润滑油以 减少摩擦；加工成本 高
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β叫接触角
滚道半径rs（或rn）与滚珠直径Dω的比值称为适应度frs=rs/Dω(或 frn=rn/Dω)。适应度对承载能力的影响较大,一般取frs(或frn)=0.25～0.55。
3) 导(行)程：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。
4) 滚珠的工作圈数：一般取2.5~3.5。第一、第二和第三圈滚珠
分别承受轴向载荷的50%、30%和20%左右。
5) 滚珠总数N：150 6) 丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1 7) 螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1 8) 丝杠螺纹全长ls 9) 滚珠直径Db
第三章 常见机电一体化系统的机械 传动部件的选择与设计
第一节 无侧隙齿轮传动机构 第二节 谐波齿轮部件的选择与设计 第三节 滚珠螺旋传动部件的选择与设计
第四节 同步带传动部件的选择与设计
第一节 无侧隙齿轮传动机构
一 直齿圆柱齿轮传动机构 1.偏心轴套调整法
通过转动偏心轴套的转角，
就可调节两啮合齿轮的中 心距，从而消除圆柱齿轮 啮合的齿侧间隙
2)按滚珠的循环方式分类：
循环方式 内循环 (滚珠始终 与丝杠表 面保持接 触) 浮动反向器式 ( p.23 图2.6) 固定反向器式 ( p.23 图2.5) 代号 特点 F 通道流畅性好，摩擦特性好；适用于 高速、高灵敏度、高刚性的精密进给 系统。 结构回路短，摩擦小，效率高，径向 尺寸小，反向器加工困难，装配调整 也不方便。
二、 斜齿轮传动机构
1.垫片调整法
垫片2使薄片斜齿轮3、4的螺旋线错
位，齿侧面相应地与宽齿轮1的左、 右侧面贴紧。垫片的厚度H与齿侧间 隙Δ的关系为
H=Δ cosβ
(β为螺旋角)
结构简单，调整较费时， 齿侧间隙不能自动补偿
图 3 斜齿薄片齿轮垫片调整
2.轴向压簧调整法
齿侧隙可以自动补偿， 但轴向尺寸较大
2) 按滚珠循环方式
结构回路短，摩擦小， 效率高，径向尺寸小， 反向器加工困难，装 配调整也不方便。
内循环-固定反向器式
在螺母1的外圆表面上铣出 螺纹凹槽，槽的两端钻出 两个与螺纹滚道相切的通 孔。档珠器引导滚珠3通过 这两个孔；套筒2盖住凹槽， 构成滚珠的循环回路 螺旋槽式外循环
弯管2的两端插入与螺纹 滚道相切的两个内孔， 用弯管2的端部引导滚珠 4进入弯管，构成滚珠回 路。压板1和螺钉将弯管 固定
谐波齿轮减速器结构
2. 特点：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差 小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高。 3. 用途：工业机器人、航空、航天等机电一体化系统中
4. 传动比计算：g，r，H分别为刚轮、柔轮和波形发生 器的角速度；Zg和Zr分别为刚轮和柔轮的齿数 r H Z g H irg g H Zr
1)刚轮固定(g =0)，柔轮输出：
r H Z g r Z g Zr i ， 1 ， iHr H H Zr H ZR r Zr Z g
H rg
若Zr=200，Zg=202, iHr=-100；负值说明柔轮与波形发生 器的转向相反
2) 柔轮固定(r =0)，刚轮输出：
第三节
滚珠螺旋传动机构
一、螺旋传动机构（丝杠螺母机构）
螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它利用 丝杠与螺母的相对运动， 将旋转运动变为直线运动，其运动 关系为
Ph L 2
1. 分类：
1) 2)
式中: L——螺杆（或螺母）的位移； Ph——导程； φ ——螺杆和螺母间的相对转角。
图4 斜齿薄片齿轮轴向压簧调整
三、 锥齿轮传动机构
1. 轴向压簧调整法
图 5 锥齿轮轴向压簧调整
2. 周向弹簧调整法
受到周向圆弧槽及弹簧尺寸
限制，仅适用于读数装置而 不适用于功率驱动装置
图6 锥齿轮周向弹簧调整
第二节 谐波齿轮部件的选择与设计
一、谐波齿轮传动的传动比
组成： 波形发生器（主动 件）；刚轮、 柔轮 （从动件） 工作原理：柔轮弹性变形，柔轮长轴两端的齿与刚轮齿槽完 全啮合，而柔轮短轴两端的齿与刚轮齿槽完全脱开。当主 动件转动时啮合，啮出，脱开，啮入，啮合 从动件 转动。
Z1Z 2 Z1 ( Z1 1)
5（套筒）
双螺母齿差调隙式
7. 精度等级及标注方法
1) 精度等级：
•
JB/T3162.2-1991: 七个等级：1，2，3，4，5，7，10。 1级最高，依次递减。 数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给 系统可选用1，2，3级；一般动力传动可选用4，5级；全 闭环系统可选用2，3，4级。
1）内循环滚珠丝杠
2）外循环滚珠丝杠
4. 结构类型： 1) 螺纹滚道法向截面形状：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。
a) 单圆弧型：接触
角随轴向载荷大小 的变化而变化， =38-45 。接触角 增大时，传动效率、 轴向刚度以及承载 能力也随之增大。
b)双圆弧型：接触角
•
尽可能优选选用2.5, 5, 10,20, 40
3) 标注方法及示例
8. 支承方式的选择
1) 滚珠丝杠的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其
次才是径向约束
由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速 也有所不同
2) 支承方式
固定-固定 适用于高转速、高精度。
固定-支承 适用于中等转速、高精度。
2) 丝杠转动、螺母移动： 结构紧凑（所占轴向尺寸取 决于螺母高度及行程大小）, 刚度较大,因此适用于工作 行程较长的情况。需导向装 置来限制螺母的转动。
3) 差动螺旋传动
二、滚珠丝杠传动部件的结构类型
1. 组成：一种新型螺旋传动机构； 由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成； 2.工作原理：当丝杠转动时，带动 滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠 从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽 两端设有滚珠回程引导装置构成滚 珠的循环返回通道，从而形成滚珠 流动的闭合通路。 3.特点：传动效率高、摩擦阻力矩小、轴向刚度高、能够 预紧、运动平稳、传动精度高、不易磨损、可靠性高、使 用寿命长；但结构复杂，制造成本高，不能自锁（具有传 动的可逆性，在用作升降传动机构时，需采用制动措施）。
修磨垫片2的厚度，可使两螺
母1产生相对位移，以达到消 除间隙，产生预紧力的目的
双螺母垫片调隙式
螺母1，2的两端分别只有圆柱齿轮， 二者齿数相差一个齿。内齿轮3，4与 上述的圆柱齿轮相啮合并用螺钉和定 位销固定在套筒5上 调整时先取下内齿轮3，4，当螺母1， 2相对于套筒5同一方向各转动一个齿 后固定，两个螺母之间产生相对移动 ，从而消除间隙并产生一定的预紧 力。 P Ph 下：
经验公式：
d (
Trd
Tr
)
1 3
(Trd：为经验系数，Trd=0.1-0.3(N/mm2))
三、 单级谐波齿轮减速器简介
原电子工业部 SJ2604-85<<单级谐波齿轮减速器>>标准。 10个机型43个品种；柔轮内径表示机型号。 型号标注：产品代号，规格代号，精度等级三部分组成