现代机械技术培训教材

第六章机械技术

第一节概述

机电一体化系统的机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好。一个典型的机电一体化系统通常由控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件，以及检测传感部件等部分组成。这里所说的机械系统，—般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴系及架体等机构组成。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，通常对机电一体化系统提出以下要求：

(1) 高精度精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操作。

(2) 快速响应性即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息，下达指令，使其准确地完成任务。

(3) 良好的稳定性即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力强。此外还要求机械系统具有较大的刚度，良好的耐磨、减摩性和可靠性，消震和低噪音，重量轻、体积小、寿命长。

本章将机电一体化机械系统分成机械传动和支承部件两大部分，分别介绍较典型的传动部件、旋转和导向支承部件等的总体布局、机构选型、结构设计的优化等基本问题。

第二节机械传动

一、同步带传动

同步带传动早在1900 年已有人研究并多次提出专利，但其实用化却是在二次世界大战以后。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件，随着二次大战后工业的发展而得到重视，于1940 年由美国尤尼罗尔(Unirayal) 橡胶公司首先加以开发。1946 年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传动上。同步带传动的开发和应用，至今仅60 余年，但在各方面已取得迅速进展。

(一)分类

1 ．按用途分

(1) 一般工业用同步带传动即梯形齿同步带传动(图6-1 )。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。

(2) 高转矩同步带传动又称HTD带(High Torque Drive)或STPD带传动(Super Torque

Positive Drive）。由于其齿形呈圆弧状（图6-2），在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主

要用于重型机械的传动中，如运输机械（飞机、汽车）、石油机械和机床、发电机等的传动。

（3）特种规格的同步带传动这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传

动，如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。

（4）特殊用途的同步带传动即为适应特殊工作环境制造的同步带。

2. 按规格制度分

（1）模数制同步带主要参数是模数m（与齿轮相同），根据不同的模数数值来确定带

的型号及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需

要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。

Pb—节距ht —齿厚hs —带厚

（2）节距制即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同

的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。

由于节距制来源于英、美，其计量单位为英制或经换算的公制单位。

（3）DIN米制节距DIN米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节距数值不同于ISO节距制，计量单位为公制。在我国，由于德国

进口设备较多，故DIN米制节距同步带在我国也有应用。

随着人们对齿形应力分布的解析，开发出了传递功率更大的圆弧齿（图6-3b），紧接着人们根据渐开线的展成运动，又开发出了与渐开线相近似的多圆弧齿形，使带齿和带轮能更好的啮合（图6-

3C），使得同步带传动啮合性能和传动性能得到进一步优化，且传动

变得更平稳、精确、噪音更小。三种齿形传递能力、噪音水平、打滑扭矩的比较如图6-4。

图6-3同步带齿形的变迁

a —梯形齿

b —圆弧齿

c —近似渐开线齿

icon ECOO 3400 1000 EOOO 3000 1000 SOOO o

怔谨能力噪音來平打滑扭矩

图6-4三种齿形比较

（二）同步带传动的优缺点

1. 工作时无滑动，有准确的传动比

同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。

2 .传动效率高，节能效果好

由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达0.98。它与三角带

传动相比，有明显的节能效果。

3 •传动比范围大，结构紧凑

同步带传动的传动比一般可达到10左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传

动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。

4 •维护保养方便，运转费用低

由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带伸长很小，不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费用比三角带、链、齿轮要低得多。

5 •恶劣环境条件下仍能正常工作

尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点，但它对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。

（三）同步带的结构和尺寸规格

1.同步带结构