2.1-2.2-机械传动机构解析

1、 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

2、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滑动摩擦式螺旋传动滚动摩擦式螺旋传动滚动摩擦式螺旋传动按运动方按运动方式分为式分为丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副滑动螺旋传动的特点 传动比大传动比大 驱动负载能力强、驱动负载能力强、 自锁自锁 传动效率低，传动效率低， 磨损快磨损快滑动螺旋传动的形式及应用滑动螺旋传动的形式及应用 螺母固定、螺杆转动并移动螺母固定、螺杆转动并移动 优点：螺母本身起着支承作用，简化了结构，优点：螺母本身起着

3、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，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容易获得较高的传动精度 缺点：所占轴向尺寸较大缺点：所占轴向尺寸较大(螺杆行程的两倍加螺杆行程的两倍加上螺母厚度上螺母厚度)，刚性较差，刚性较差 使用场合：工作行程短使用场合：工作行程短螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 特点：结构紧凑特点：结构紧凑(所占轴向尺寸取决于螺母所占轴向尺寸取决于螺母厚度及行程大小厚度及行程大小)，刚度较大，刚度较大 适用：工作行程较长适用：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

4、、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差动螺旋传动差动螺旋传动设螺杆设螺杆3左、右两段螺纹的旋向左、右两段螺纹的旋向相同相同，且导程，且导程分别为分别为Ph1和和Ph2。当螺杆转动。当螺杆转动 角时，可动角时，可动螺母螺母2的移动距离为的移动距离为 如果如果Ph1与与Ph2相差很小，则相差很小，则z很小。因此差动螺很小。因此差动螺旋常用于各种旋常用于各种微动装置微动装置中。中。)(221hhPPl差动螺旋传动差动螺旋传动 若螺杆若螺杆3左、右两段螺纹的旋向左、右两段螺纹的旋向相反相反，则当螺杆转动则当螺杆转动

5、角时，可动螺母角时，可动螺母2的的移动距离为移动距离为 此时差动螺旋变成此时差动螺旋变成快速移动螺旋快速移动螺旋，即，即螺母螺母2相对螺母相对螺母1快速趋近或离开。这快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具快速夹紧的夹具或锁紧或锁紧装置中。装置中。)(221hhPPl 2、滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 (1)滚珠丝杠副的工作原理滚珠丝杠副的工作原理 具有螺旋槽的丝杠螺母间装有具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠滚珠作为中间传动件，以作为中间传动件，以减少减少摩擦摩擦，当丝杠回转时，滚珠相，当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的滚道滚动，因此对于螺

6、母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为丝杠与螺母之间基本上为滚动滚动摩擦摩擦。为。为 了防止滚珠从螺母中了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有设有回程引导装置，使滚珠能回程引导装置，使滚珠能循环流动循环流动滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点 传动效率高传动效率高 摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率 为为 0. 92 0. 96 给予给予适当预紧适当预紧，可，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好 运动平稳，无爬

7、行现象，传动精度高运动平稳，无爬行现象，传动精度高 运动具有运动具有可逆性（可将直线运动转化为回转运动，传可逆性（可将直线运动转化为回转运动，传动效率也高达动效率也高达90%以上）以上） 磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠都经过淬磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠都经过淬硬）硬） 制造工艺复杂制造工艺复杂 不能自锁不能自锁（2）滚珠螺旋传动的结构型式与类型）滚珠螺旋传动的结构型式与类型 螺纹滚道法向截形螺纹滚道法向截形 它是指通过滚珠中心且它是指通过滚珠中心且垂垂直直于滚道螺旋面的平面和于滚道螺旋面的平面和滚道表面滚道表面交线交线的形状。的形状。 接触角：滚珠与滚道表接触角：滚珠与滚道表面

8、在接触点处的面在接触点处的公法线公法线与与过滚珠中心的螺杆过滚珠中心的螺杆直径线直径线间的夹角间的夹角 理想接触角为理想接触角为45o 滚珠循环方式滚珠循环方式 滚珠的循环方式可分为滚珠的循环方式可分为内循环内循环和和外循环外循环 内循环：滚珠在循环过程中内循环：滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触始终与螺杆保持接触的循环的循环在螺母在螺母1的侧孔内，装有接通的侧孔内，装有接通相邻滚道的反向器。相邻滚道的反向器。外循环：滚珠在返回时与外循环：滚珠在返回时与螺杆脱离接触螺杆脱离接触的循环的循环称为外循环。称为外循环。 3. 滚珠丝杠副的主要尺寸参数 公称直径（公称直径（d d0）: :它指滚珠与螺

9、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。 基本导程基本导程( (P Ph)()(或螺距或螺距t 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：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 滚珠丝杠副的精度等级为滚珠丝杠副的精度等级为1, 2, 3, 4 , 5，7, 10级精度，代号分别为级精度，代号分别为1, 2, 3, 4, 5, 7, 10 其中其中

10、1级为最高级为最高，依次逐级降低，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滚珠丝杠副轴向间隙的调整 1、 垫片调隙式垫片调隙式 通常用螺钉来连接滚珠丝杠通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。缘间加垫片。调整垫片的调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的拉紧力的目的优点：构造简单、可靠性好、优点：构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。刚度高以及装卸方便。缺点：调整费时，并且在工作缺点：调整费时，并且在工作中不中不 能随意调整，除非更能随意调整，除非更换厚度不同的

11、垫片换厚度不同的垫片 2、螺纹调隙式螺纹调隙式 其中一个螺母的外端有凸其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺出套筒外，并用两个圆螺母固定着。母固定着。旋转圆螺母时，旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧一个圆螺母把它锁紧。 2、 齿差调隙式齿差调隙式 在两个螺母的凸缘上各在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，制有圆柱齿轮，两者齿数两者齿数相差一个齿相差一个齿，并装人内齿，并装人内齿圈中，内齿圈用螺钉或定圈中，内齿圈用螺钉或定

12、位销固定在套筒上。调整位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧达到消除间隙并施加预紧力的目的力的目的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

13、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-