第2章(3)：机械系统的部件选择与设计(齿轮)

1、 当齿轮传动系统传递转矩时，要当齿轮传动系统传递转矩时，要 求要有足够的刚度，其转动惯量尽量求要有足够的刚度，其转动惯量尽量 小，精度要求较高；小，精度要求较高； 齿轮传动比齿轮传动比 i 应满足驱动部件与应满足驱动部件与 负载之间的位移及转矩、转速的匹配负载之间的位移及转矩、转速的匹配 要求。要求。 为了降低制造成本，采用各种调为了降低制造成本，采用各种调 整齿侧间隙的方法来消除或减小啮整齿侧间隙的方法来消除或减小啮 合间隙。合间隙。 选定执行元件（步进电机）步距角选定执行元件（步进电机）步距角 、 系统脉冲当量系统脉冲当量 、和丝杠基本导程、和丝杠基本导程L0之后，之后， 其减速比其减速比

2、 i 应满足以下关系：应满足以下关系： 360 0 L i 齿轮副级数的确定和各级传动比的分配，齿轮副级数的确定和各级传动比的分配， 按以下三种不同原则进行：按以下三种不同原则进行： 1）最小等效转动惯量原则）最小等效转动惯量原则 2）质量最小原则）质量最小原则 3）输出轴的转角误差最小原则）输出轴的转角误差最小原则 1）对于以提高传动精度和减小）对于以提高传动精度和减小 回程误差为主的降速齿轮传动回程误差为主的降速齿轮传动 链，可按输出转角误差最小原链，可按输出转角误差最小原 则设计；则设计； 2）对于要求运动平稳、启停频繁和）对于要求运动平稳、启停频繁和 动态性能好的伺服减速传动链，动态性

3、能好的伺服减速传动链， 可按最小等效转动惯量和输出轴可按最小等效转动惯量和输出轴 转角误差最小原则进行设计；转角误差最小原则进行设计； 3）对于要求质量尽可能小的降速）对于要求质量尽可能小的降速 传动链，可按质量最小原则进传动链，可按质量最小原则进 行设计；行设计； 4）对于传动比很大的齿轮传动）对于传动比很大的齿轮传动 链，可把定轴轮系和行星轮系链，可把定轴轮系和行星轮系 结合使用；结合使用； 5）对于相当大的传动比，并且要）对于相当大的传动比，并且要 求传动精度与传动效率高、传动求传动精度与传动效率高、传动 平稳、体积小重量轻时，可选用平稳、体积小重量轻时，可选用 新型的谐波齿轮传动。新型

4、的谐波齿轮传动。 2 2、谐波齿轮传动、谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有结构简单、传动比谐波齿轮传动具有结构简单、传动比 大（几十到几百）、传动精度高、回程误大（几十到几百）、传动精度高、回程误 差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、 效率高等优点。故在工业机器人、航空、效率高等优点。故在工业机器人、航空、 火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的 应用。应用。 钢轮钢轮 柔轮柔轮 波发生器波发生器 谐波减速器中三大部件谐波减速器中三大部件 刚性轮刚性轮 柔性轮柔性轮 谐波发生器谐波发生器 r g Hg HrH rg Z Z i

5、柔柔轮轮的的齿齿数数 刚刚轮轮的的齿齿数数 波波形形发发生生器器的的角角速速度度 柔柔轮轮的的角角速速度度 刚刚轮轮的的角角速速度度 r g H r g Z Z 设设zr=200,zg=202时，时，iHg=101 说明刚轮与波发生器转向相同。说明刚轮与波发生器转向相同。 r g Hg HH rg Z Z i rg g g H Hg zz z i 设设zr=200,zg=202时，时，iHg=-101 说明刚轮与波发生器转向相反。说明刚轮与波发生器转向相反。 r g H Hg Z Z 0 gr r r H Hr zz z i 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 1）偏心套调整法）偏心套调整法 2）轴向垫

6、片调整法）轴向垫片调整法 3）双片薄齿轮错齿调整法）双片薄齿轮错齿调整法 斜齿轮传动斜齿轮传动 双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法 特点：特点： 结构简单，但其侧结构简单，但其侧 隙不能自动补偿。隙不能自动补偿。 偏心套偏心套电机电机 减速箱减速箱 小齿轮小齿轮 大齿轮大齿轮 特点：特点： 结构简单，但结构简单，但 其侧隙不能自其侧隙不能自 动补偿。动补偿。 小齿轮小齿轮 大齿轮大齿轮 垫片垫片 周向弹簧式周向弹簧式 可调拉簧式可调拉簧式 特点：特点： 输出扭矩小，适用于读数装置而不适用于输出扭矩小，适用于读数装置而不适用于 驱动装置驱动装置 薄片齿轮薄片齿轮 薄片齿轮薄片齿轮 凸耳凸耳

7、 弹簧弹簧 螺母螺母 螺钉螺钉 垫片错齿调整法垫片错齿调整法 特点：特点： 结构比较简单，结构比较简单， 调整较费时，且齿侧调整较费时，且齿侧 隙不能自动补偿。隙不能自动补偿。 薄片齿轮薄片齿轮 薄片齿轮薄片齿轮 宽齿轮宽齿轮 垫片垫片 调整螺母调整螺母弹簧弹簧 薄片齿轮薄片齿轮 宽齿轮宽齿轮 特点：特点： 齿侧隙可以自动齿侧隙可以自动 补偿，但轴向尺寸较补偿，但轴向尺寸较 大，结构欠紧凑。大，结构欠紧凑。 同步齿形带传动同步齿形带传动 钢带传动钢带传动 链条传动链条传动 钢丝绳及尼龙绳传动等钢丝绳及尼龙绳传动等 驱动轴驱动轴 驱动轴驱动轴 从动轮从动轮 伺服电动机伺服电动机 电动机齿轮电动机

8、齿轮 字车字车 字车驱动同步带字车驱动同步带 色带驱动带色带驱动带 压带轮压带轮 色带驱动轮色带驱动轮 优点：优点： 传动效率高（可达传动效率高（可达98%），能吸振，噪声），能吸振，噪声 低，传动平稳，能高速运行，维护保养方低，传动平稳，能高速运行，维护保养方 便等；便等； 缺点：缺点： 带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的 传动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动比；传动效率较低，带的寿命较短； 传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支 承带轮的轴和轴承受力较大。承带轮的轴和轴承受力较大。 在设计过程中要综合考虑控制装置、

9、在设计过程中要综合考虑控制装置、 机械传动部分和伺服电机的这几部分的机械传动部分和伺服电机的这几部分的 相互影响。相互影响。 1）齿轮）齿轮-丝杠传动丝杠传动 2）联轴器）联轴器-丝杠传动丝杠传动 3）齿轮）齿轮-齿条传动齿条传动 4）蜗轮）蜗轮-蜗杆传动蜗杆传动 5）同步带传动）同步带传动 采用齿轮的目的是达到一定的降采用齿轮的目的是达到一定的降 速比要求；速比要求； 必须采取消除间隙的措施尽量减必须采取消除间隙的措施尽量减 少齿轮侧隙；少齿轮侧隙； 机械结构比较复杂。机械结构比较复杂。 锥环无键连接或高精度十字联轴器连接锥环无键连接或高精度十字联轴器连接 电机电机 u 具有较高的传动精度和

10、传动刚具有较高的传动精度和传动刚 度，并大大简化了机械结构；度，并大大简化了机械结构； u 适用于加工中心和精度要求较适用于加工中心和精度要求较 高的数控机床中。高的数控机床中。 若工作行程大于若工作行程大于4m，则传动系统，则传动系统 刚度难以保证，可选择齿条传动；刚度难以保证，可选择齿条传动； 可改变传动方向，但结构复杂，可改变传动方向，但结构复杂， 一般尽量不采用此种传动方式一般尽量不采用此种传动方式 电机电机 同步带同步带 特点：特点： u机械机构比较简单，可避免齿轮传机械机构比较简单，可避免齿轮传 动时引起的振动和噪声；动时引起的振动和噪声； u适用于低扭矩特性要求的场所；适用于低扭矩特性要求的场所； u安装时中心距要求严格，且同步带