机械系统部件的选择与设计1概述课件

第二章机械系统部件的选择与设计2.1机械系统部件的设计要求2.2机械传动部件的选择与设计2.3导向支承部件的选择与设计2.4旋转支承部件的类型与选择2.5轴系部件的选择与设计2.6机电一体化系统的机座或机架第二章机械系统部件的§2.1系统部件的设计要求要求：定位精度高、响应速度快、稳定性好。支承部件：导向支承、旋转支承轴系架体传动部件线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆非线性传动：连杆机构、凸轮机构机械系统§2.1系统部件的设计要求要求：定位精度高、响应速度快、稳设计要求与措施1无间隙2低摩擦3低惯量4高刚度5高谐振频率6适当的阻尼比（1）缩小反向死区误差（消除传动间隙、减少支承变形）；（2）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；（3）选择最佳传动比，提高分辨率，降低等效转动惯量；（4）缩短传动链，提高传动与支承刚度；（5）改进支承结构，提高刚性，减小振动和噪声。设计要求与措施1无间隙2低摩擦3低惯量4高刚度5高谐振频率（1）摩擦：动、静摩擦系数不一样，产生爬行现象。（2）间隙：本质非线性，影响精度、影响稳定性。（3）惯量：反映响应快慢。惯量小响应快；惯量影响固有频率的大小。（4）刚度：刚度大，固有频率大，响应快，不易振动；但稳定性降低，稳定裕量降低。（5）阻尼：阻尼大，响应慢；阻尼小，响应快。几个动力学概念:（1）摩擦：动、静摩擦系数不一样，产生爬行现象。几个动力学一、传动部件及其功能要求1螺旋传动2齿轮传动3同步带传动4高速带传动5非线性传动1精密化2高速化3小型化4轻量化§2.2传动部件的选择与设计一、传动部件及其功能要求1螺旋传动2齿轮传动3同步带传动4高传动机构及其功能传动机构及其功能二、丝杠螺母机构基本传动形式1、定义二、丝杠螺母机构基本传动形式1、定义二、丝杠螺母机构基本传动形式2、分类及特点

滑动摩擦机构滚动摩擦机构二、丝杠螺母机构基本传动形式2、分类及特点滑动摩擦机构3、基本传动形式(a)螺母固定、丝杆转动并移动(b)丝杠转动、螺母移动(c)螺母转动、丝杠移动(d)丝杠固定、螺母转动并移动(e)差动传动3、基本传动形式(a)螺母固定、丝杆转动并移动(b)丝杠转动三、滚珠丝杠副传动部件

1、组成及特点

（1）滚珠丝杠副三、滚珠丝杠副传动部件1、组成及特点（1）滚珠丝杠副1-反向器2-螺母3-丝杠4-滚珠

（2）构成原理1-反向器2-螺母3-丝杠4-滚珠（2）构成原理（3）特点⑴传动效率高：90%-95%。⑹使用范围广。⑵运动可逆性好，正负效率相同。⑶刚度高、无爬行、运动平稳性好。⑷传动精度高、温升变形小。⑸摩擦小、寿命长。优点缺点⑴无自锁能力。⑵制造工艺复杂。（3）特点⑴传动效率高：90%-95%。⑹使2、典型结构类型2、典型结构类型（1）螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸双圆弧型单圆弧型双圆弧滚道单圆弧滚道（1）螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸双圆弧型单圆弧型（2）滚珠的循环方式①内循环方式优点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。缺点：反向器加工困难、装配调整也不方便。（2）滚珠的循环方式①内循环方式优点：滚珠循环的回路短、结构：实例：浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副。反向器拱形片簧弹簧套优点：通道流畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。结构：实例：浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副。反向器拱形片簧弹②外循环方式(a)螺旋槽式特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。②外循环方式(a)螺旋槽式特点：滚珠循环回路长，流畅性差，(b)插管式插管特点：结构简单，容易制造；径向尺寸较大，弯管端部容易磨损。②外循环方式(b)插管式插管特点：结构简单，容易制造；②外循环方式(c)端盖式特点：结构简单，工艺性好；应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。②外循环方式(c)端盖式特点：结构简单，工艺性好；②外循环方式3、主要尺寸参数公称直径d0

基本导程Ph(或螺距t)：

导程小→精度高→承载能力小。行程λ滚珠直径dw：应根据轴承厂提供的尺寸选用。滚珠个数N：一般取N<150。滚珠的工作圈（或列）数j：

j=2.5-3.5。3、主要尺寸参数公称直径d04、精度等级及标注方法

（1）精度等级1、2、3、4、5、7、10，1级为最高

根据GB/T17587.3-1998标准：4、精度等级及标注方法（1）精度等级1、2、3、4、5、7（2）标注方法和尺寸序列公称直径系列（mm）：6、8、10、12、16、20、25、32、40………公称导程系列（mm）：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..注意：尽可能优先选用公称导程为2.5、5、10、20、40系列。（2）标注方法和尺寸序列公称直径系列（mm）：6、8、10、（3）推荐采用的精度等级数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用1、2、3级；一般传动可选用4、5级；全闭环系统可选用2、3、4级。（3）推荐采用的精度等级数控机床、精密机床和精密仪器等用于5、轴向间隙的调整与预紧预紧目的：提高刚度保证反向传动精度轴向间隙调整目的：5、轴向间隙的调整与预紧预紧目的：提高刚度保证反向传动精度轴（1）双螺母螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便;但不能精确定量调整。（1）双螺母螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母特点：（2）双螺母齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮特点：可实现定量调整，使用中调整方便。两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：（2）双螺母齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮特点：可实现定（3）双螺母垫片预紧调整法特点：结构简单，刚性高，预紧可靠；但使用中调整不方便。1-垫片；2-螺母（3）双螺母垫片预紧调整法特点：结构简单，刚性高，预紧可靠（4）弹簧式自动调整预紧式特点：能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙；但结构复杂，轴向刚度低；适用于轻载场合。（4）弹簧式自动调整预紧式特点：能消除在使用过程中由于磨损（5）单螺母变位导程预紧式特点：结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难。（5）单螺母变位导程预紧式特点：结构简单紧凑，但使用中不能调预紧方式及其标记代号预紧方式及其标记代号①双推-自由式

特点：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统。（1）支承方式6、支承方式的选择①双推-自由式特点：（1）支承方式6、支承方式的选择②双推-简支式特点：预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统。②双推-简支式特点：③单推-单推式特点：轴向刚度较高，预紧力大，寿命低。③单推-单推式特点：④双推-双推式特点：适合于高刚度，高速度，高精度的精密丝杠传动系统。④双推-双推式特点：四种支承方式的比较：双推-双推无单推-单推双推-简支有低高低高双推-自由失稳承载能力刚度支承方式四种支承方式的比较：双推-双推无单推-单推双推-简支有低低（2）轴承的组合安装支承示例简易单推-单推式支承（2）轴承的组合安装支承示例简易单推-单推式支承双推-简支支承方式

双推-简支支承方式双推-自由式支承双推-自由式支承（3）制动装置超越离合器1-外圈2-星轮3-滚柱4-活销5-弹簧制动原因制动方式（3）制动装置超越离合器制动原因制动方式（3）制动装置制动实例运动部件摩擦离合器电磁线圈铁心（3）制动装置制动实例运动部件摩擦离合器电磁线圈铁心7、滚珠丝杠副的密封与润滑（2）密封（1）润滑螺母îíì非接触式：迷宫式接触式：毛粘一般采用脂润滑或滴油润滑。7、滚珠丝杠副的密封与润滑（2）密封（1）润滑螺母îíì非1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套伸缩套管丝杠ïîïíì折叠密封套伸缩套管伸缩挡板1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套伸缩套管丝杠ï单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副。8、滚珠丝杠副的选择方法（1）结构的选择单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副。双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副。单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副。8、滚珠丝杠副的选择方法（1）（2）结构尺寸的选择公称直径d0300丝杠工作长度>d基本导程Ph

Ph应按承载能力及传动精度、传动速度选取；在满足数控机床加工精度的条件下，导程应尽可能取大些。（2）结构尺寸的选择公称直径d0300丝杠工作长度>d基（3）选择步骤最大工作载荷Fmax（N）或平均工作载荷Fcp；使用寿命T；丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）l（m）；丝杠的转速n（或平均转速ncp）（r/min）；滚道硬度HRC和运转情况。已知条件：（3）选择步骤已知条件：式中：

L----滚珠丝杠寿命系数T---使用寿命时间（h）普通机械为5000-10000;数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为15000;航空机械为1000。①承载能力选择式中：

L----滚珠丝杠寿命系数T---使用寿命时fw---载荷系数

fH----硬度系数

Fmax----最大工作载荷fw---载荷系数

fH----硬度系数

F产生失稳的临界负载FK：式中：②压杆稳定性核算丝杠的支承方式系数fK----丝杠两端支承距离lS----丝杠材料弹性模量；E----丝杠小径）截面惯性矩=ddII----242(64π支承方式fK双推-双推4单推-单推1双推-简支2双推-自由式0.25产生失稳的临界负载FK：式中：②压杆稳定性核算丝杠的支承③刚度的验算丝杠材料弹性模量；E----式中：丝杠小径）截面惯性矩=ddII----242(64π丝杠的最小截面积；A----扭矩。T----③刚度的验算丝杠材料弹性模量；E----式中机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：四、齿轮传动部件机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：四、齿轮传动部件轮系的类型轮系定轴轮系空间定轴轮系平面定轴轮系行星轮系谐波齿轮轮系的类型轮系定轴轮系空间定轴轮系平面定轴轮系行星轮系谐作用：转矩、转速和转向的变换器。作用：转矩、转速和转向的变换器。（1）在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间位移,转矩,转速的匹配要求。不但要求其具有足够的刚度,还要求其转动惯量尽量小,以便在同一驱动功率时,加速度响应最大。（2）在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。（3）齿轮的啮合间隙会造成传动死区(失动量)，若该死区是在闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以1～5倍间隙而进行的低频振荡。

1、传动比的最佳匹配选择

（1）在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间位移,图中：Jm——电动机M的转子的转动惯量； θm——电动机M的角位移；JL——负载L的转动惯量；θL——负载L的角位移；TLF——摩擦阻抗转矩；i——齿轮系G的总传动比。

电机、传动装置和负载的传动模型图中：电机、传动装置和负载的传动模型通常选择相等的各级传动比。2、各级传动比的最佳分配原则（1）重量最轻原则i1=i2=i3=…=

回曲式齿轮传动链小功率传动装置通常选择相等的各级传动比。2、各级传动比的最各级传动比表现为“前大后小”的传动比分配方式。

大功率传动装置两级传动比曲线 （i<10时,使用图中的虚线）

大功率传动装置各级传动比表现为“前大后小”的传动比分配方式。大功率传动装置三级传动比曲线（i<100时,使用图中的虚线）

例设n＝3,i＝202,求各级传动比。解查图可得i1≈12，i2≈5，i3≈3.4

大功率传动装置三级传动比曲线例设n＝3,i＝202,求各级（2）输出轴转角误差最小原则以四级齿轮减速传动链为例（2）输出轴转角误差最小原则以四级齿轮减速传动链为例该传动链输出轴的总转动角误差ΔΦmax为

如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列,则总转角误差较小。该传动链输出轴的总转动角误差ΔΦmax为（3）等效转动惯量最小原则电动机驱动的两级齿轮传动小功率传动装置（3）等效转动惯量最小原则电动机驱动的两级齿轮传动小功率等效到电机轴上的总转动惯量为：等效到电机轴上的总转动惯量为：则有

式中：

i1、i2——齿轮系中第一、第二级齿轮副的传动比；

I——齿轮系总传动比,i=i1

i2。

则有同理,对于n级齿轮系,则有

结论：传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则。

同理,对于n级齿轮系,则有大功率传动装置确定传动级数曲线传动比分配的基本原则仍符合“前小后大”。

大功率传动装置大功率传动装置确定传动级数曲线传动比分配的基本原大功率传动装置确定第一级传动比曲线大功率传动装置确定第一级传动比曲线大功率传动装置确定各级传动比曲线

大功率传动装置确定各级传动比曲线

（1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴转角误差最小原则设计。（2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小原则设计。（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量最小原则设计。原则的选定原则的选定3、谐波齿轮传动组成（1）工作原理3、谐波齿轮传动组成（1）工作原理特点工作原理三波传动刚轮柔轮双波传动滚轮转臂特点工作原理三波传动刚轮柔轮双波传动滚轮转臂刚轮1柔轮2波发生器H谐波减速器刚轮1柔轮2波发生器H谐波减速器（2）传动比的计算（2）传动比的计算谐波齿轮减速器的标注方法例如，XBD100-125-250-Ⅱ

柔轮小径为100mm，传动比为125，输出转矩为250Nm，精度等级为普通级，卧式双轴伸出型谐波减速器。谐波齿轮减速器的标注方法例如，XBD100-125-25圆柱齿轮传动4、齿轮传动间隙的调整方法（1）偏心套调整法（2）轴向垫片调整法（3）双片薄齿轮错齿调整法斜齿轮传动双片薄齿轮错齿调整法圆柱齿轮传动4、齿轮传动间隙的调整方法（1）偏心套调整法（1）偏心套（轴）调整法特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。偏心套电机减速箱小齿轮大齿轮（1）偏心套（轴）调整法特点：偏心套电机减速箱小齿轮大齿轮（2）轴向垫片调整法特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。小齿轮大齿轮垫片（2）轴向垫片调整法特点：小齿轮大齿轮垫片周向弹簧式1-短柱；2-弹簧；3、4-薄片齿轮（3)双片薄齿轮错齿调整法周向弹簧式1-短柱；（3)双片薄齿轮错齿调整法左侧薄片齿轮左侧薄片齿轮右侧薄片齿轮特点：这种调整法结构较复杂，传动刚度低，不宜传递大扭矩，对齿轮的齿厚和齿距要求较低，可始终保持齿侧无间隙啮合，尤其适用于检测装置。

右侧薄片齿轮特点：可调拉簧式薄片齿轮薄片齿轮凸耳弹簧螺母螺钉可调拉簧式薄片齿轮薄片齿轮凸耳弹簧螺母螺钉(4)斜齿轮传动垫片错齿调整法特点：结构比较简单，调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮垫片(4)斜齿轮传动垫片错齿调整法特点：薄片齿轮薄片齿轮宽齿轴向压簧错齿调整法调整螺母弹簧薄片齿轮宽齿轮特点：齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构欠紧凑。轴轴向压簧错齿调整法调整螺母弹簧薄片齿轮宽齿轮特点：轴机电一体化系统中，常用的挠性传动部件：五、挠性传动部件机电一体化系统中，常用的挠性传动部件：五、挠性传动部件特点

1、同步齿形带传动

（1）传动比准确，传动效率高；（2）工作平稳，能吸收振动；（3）不需要润滑，维护保养方便；（4）中心距要求严格，安装精度要求高；（5）制造工艺复杂，成本高。特点1、同步齿形带传动（1）传动比准确，传动效率高；结构1-带背，2-强力层，3-包布层，4-带齿。

包布层材料：尼龙布

带齿材料：氯丁橡胶为基体

强力层材料：钢丝，玻璃纤维，芳香族聚酰胺纤维（芳纶）结构1-带背，2-强力层，3-包布层，4-带齿

特点:钢带与带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大；无滑动、结构简单紧凑、运行可靠、噪声低、驱动力大、寿命长，钢带无蠕变。

钢带传动定位机构1－导杆；2－轴承；3－小车；4－导轨；5－磁头；6－钢带；7－步进电动机

2、刚带传动

特点:钢带与带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大；无

优点:结构简单、传动刚度大、结构柔软、成本低、噪声低等。

缺点:带轮较大，安装面积大、加速度不易太高。

绳轮传动在打印机字车送进机构中的应用1－字车；2－绳轮(电动机输出轴上)；3－伺服电动机；4－钢丝绳

3、绳轮传动

优点:结构简单、传动刚度大、结构柔软、成本低、噪声低六、间歇传动机构

1、棘轮传动机构

摇杆棘爪棘轮止动爪组成六、间歇传动机构1、棘轮传动机构摇杆棘爪棘轮止动爪组工作过程工作过程棘轮机构分类单向式棘轮机构双向式棘轮机构轮齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构棘轮机构偏心楔块式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构单动式棘轮机构双动式棘轮机构棘轮机构分类单向式棘轮机构双向式棘轮机构轮齿式棘轮机构摩机构的形式机构的形式特点齿式棘轮机构：运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节；但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。摩擦式棘轮机构：平稳无噪音，从动件可以无极变化，打滑。精度不高。特点齿式棘轮机构：运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节；摩1．间歇进给

牛头刨床(a)牛头刨床示意图；(b)牛头刨床工作台横向进给机构应用1．间歇进给2．制动器

棘轮机构还可以起到制动的作用。在一些起重设备或牵引设备中，经常用棘轮机构作为制动器，以防止机构的逆转。

2．制动器棘轮机构还可以起到制动的作用。在一些起重设备或牵超越式棘轮机构1-链轮；2-链条；3-带棘齿链轮；4-棘爪；5-后轮轴3．超越超越式棘轮机构3．超越

2、槽轮传动机构

o2ω1ω2o1锁止弧槽轮拨盘圆销组成工作过程作用特点2、槽轮传动机构o2ω1ω2o1锁止弧槽轮拨盘圆销组1-拨销盘；2.锁紧弧；3-槽轮；4-定位弧；5-拨销1-拨销盘；2.锁紧弧；3-槽轮；4-定位弧；5优点：结构简单，工作可靠，效率高，能准确控制转动的角度。槽轮转位时间与静止时间之比为定值常用于要求恒定旋转角的分度机构中。

缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。②由于槽轮的角速度不是常数，在转位开始与终了时，有一定大小的角加速度，从而产生冲击；又由于利用锁紧弧2和定位弧4定位，其定位精度往往满足不了要求，在要求工作盘的定位精度较高时，需要另加定位装置；制造和装配精度要求较高。特点优点：结构简单，工作可靠，效率高，能准确控制转动缺点：①对一外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构分类球面槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮电影放映机送片机构刀架转位机构

应用电影放映机送片机构刀架转位机构应用R2圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构

3、蜗形凸轮传动机构

R2圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构3、蜗形凸轮工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。优点：原动件是凸轮，冲击小，运转平稳，噪声小，可用于高速场合，定位精确、且结构紧凑。缺点：凸轮的加工比较复杂，加工精度要求高，装配调整较严格。工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间牙膏灌浆机应用：适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。封口灌浆应用牙膏灌浆机应用：适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、封第二章机械系统部件的选择与设计2.1机械系统部件的设计要求2.2机械传动部件的选择与设计2.3导向支承部件的选择与设计2.4旋转支承部件的类型与选择2.5轴系部件的选择与设计2.6机电一体化系统的机座或机架第二章机械系统部件的§2.1系统部件的设计要求要求：定位精度高、响应速度快、稳定性好。支承部件：导向支承、旋转支承轴系架体传动部件线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆非线性传动：连杆机构、凸轮机构机械系统§2.1系统部件的设计要求要求：定位精度高、响应速度快、稳设计要求与措施1无间隙2低摩擦3低惯量4高刚度5高谐振频率6适当的阻尼比（1）缩小反向死区误差（消除传动间隙、减少支承变形）；（2）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；（3）选择最佳传动比，提高分辨率，降低等效转动惯量；（4）缩短传动链，提高传动与支承刚度；（5）改进支承结构，提高刚性，减小振动和噪声。设计要求与措施1无间隙2低摩擦3低惯量4高刚度5高谐振频率（1）摩擦：动、静摩擦系数不一样，产生爬行现象。（2）间隙：本质非线性，影响精度、影响稳定性。（3）惯量：反映响应快慢。惯量小响应快；惯量影响固有频率的大小。（4）刚度：刚度大，固有频率大，响应快，不易振动；但稳定性降低，稳定裕量降低。（5）阻尼：阻尼大，响应慢；阻尼小，响应快。几个动力学概念:（1）摩擦：动、静摩擦系数不一样，产生爬行现象。几个动力学一、传动部件及其功能要求1螺旋传动2齿轮传动3同步带传动4高速带传动5非线性传动1精密化2高速化3小型化4轻量化§2.2传动部件的选择与设计一、传动部件及其功能要求1螺旋传动2齿轮传动3同步带传动4高传动机构及其功能传动机构及其功能二、丝杠螺母机构基本传动形式1、定义二、丝杠螺母机构基本传动形式1、定义二、丝杠螺母机构基本传动形式2、分类及特点

滑动摩擦机构滚动摩擦机构二、丝杠螺母机构基本传动形式2、分类及特点滑动摩擦机构3、基本传动形式(a)螺母固定、丝杆转动并移动(b)丝杠转动、螺母移动(c)螺母转动、丝杠移动(d)丝杠固定、螺母转动并移动(e)差动传动3、基本传动形式(a)螺母固定、丝杆转动并移动(b)丝杠转动三、滚珠丝杠副传动部件

1、组成及特点

（1）滚珠丝杠副三、滚珠丝杠副传动部件1、组成及特点（1）滚珠丝杠副1-反向器2-螺母3-丝杠4-滚珠

（2）构成原理1-反向器2-螺母3-丝杠4-滚珠（2）构成原理（3）特点⑴传动效率高：90%-95%。⑹使用范围广。⑵运动可逆性好，正负效率相同。⑶刚度高、无爬行、运动平稳性好。⑷传动精度高、温升变形小。⑸摩擦小、寿命长。优点缺点⑴无自锁能力。⑵制造工艺复杂。（3）特点⑴传动效率高：90%-95%。⑹使2、典型结构类型2、典型结构类型（1）螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸双圆弧型单圆弧型双圆弧滚道单圆弧滚道（1）螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸双圆弧型单圆弧型（2）滚珠的循环方式①内循环方式优点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。缺点：反向器加工困难、装配调整也不方便。（2）滚珠的循环方式①内循环方式优点：滚珠循环的回路短、结构：实例：浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副。反向器拱形片簧弹簧套优点：通道流畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。结构：实例：浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副。反向器拱形片簧弹②外循环方式(a)螺旋槽式特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。②外循环方式(a)螺旋槽式特点：滚珠循环回路长，流畅性差，(b)插管式插管特点：结构简单，容易制造；径向尺寸较大，弯管端部容易磨损。②外循环方式(b)插管式插管特点：结构简单，容易制造；②外循环方式(c)端盖式特点：结构简单，工艺性好；应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。②外循环方式(c)端盖式特点：结构简单，工艺性好；②外循环方式3、主要尺寸参数公称直径d0

基本导程Ph(或螺距t)：

导程小→精度高→承载能力小。行程λ滚珠直径dw：应根据轴承厂提供的尺寸选用。滚珠个数N：一般取N<150。滚珠的工作圈（或列）数j：

j=2.5-3.5。3、主要尺寸参数公称直径d04、精度等级及标注方法

（1）精度等级1、2、3、4、5、7、10，1级为最高

根据GB/T17587.3-1998标准：4、精度等级及标注方法（1）精度等级1、2、3、4、5、7（2）标注方法和尺寸序列公称直径系列（mm）：6、8、10、12、16、20、25、32、40………公称导程系列（mm）：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..注意：尽可能优先选用公称导程为2.5、5、10、20、40系列。（2）标注方法和尺寸序列公称直径系列（mm）：6、8、10、（3）推荐采用的精度等级数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用1、2、3级；一般传动可选用4、5级；全闭环系统可选用2、3、4级。（3）推荐采用的精度等级数控机床、精密机床和精密仪器等用于5、轴向间隙的调整与预紧预紧目的：提高刚度保证反向传动精度轴向间隙调整目的：5、轴向间隙的调整与预紧预紧目的：提高刚度保证反向传动精度轴（1）双螺母螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便;但不能精确定量调整。（1）双螺母螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母特点：（2）双螺母齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮特点：可实现定量调整，使用中调整方便。两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：（2）双螺母齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮特点：可实现定（3）双螺母垫片预紧调整法特点：结构简单，刚性高，预紧可靠；但使用中调整不方便。1-垫片；2-螺母（3）双螺母垫片预紧调整法特点：结构简单，刚性高，预紧可靠（4）弹簧式自动调整预紧式特点：能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙；但结构复杂，轴向刚度低；适用于轻载场合。（4）弹簧式自动调整预紧式特点：能消除在使用过程中由于磨损（5）单螺母变位导程预紧式特点：结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难。（5）单螺母变位导程预紧式特点：结构简单紧凑，但使用中不能调预紧方式及其标记代号预紧方式及其标记代号①双推-自由式

特点：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统。（1）支承方式6、支承方式的选择①双推-自由式特点：（1）支承方式6、支承方式的选择②双推-简支式特点：预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统。②双推-简支式特点：③单推-单推式特点：轴向刚度较高，预紧力大，寿命低。③单推-单推式特点：④双推-双推式特点：适合于高刚度，高速度，高精度的精密丝杠传动系统。④双推-双推式特点：四种支承方式的比较：双推-双推无单推-单推双推-简支有低高低高双推-自由失稳承载能力刚度支承方式四种支承方式的比较：双推-双推无单推-单推双推-简支有低低（2）轴承的组合安装支承示例简易单推-单推式支承（2）轴承的组合安装支承示例简易单推-单推式支承双推-简支支承方式

双推-简支支承方式双推-自由式支承双推-自由式支承（3）制动装置超越离合器1-外圈2-星轮3-滚柱4-活销5-弹簧制动原因制动方式（3）制动装置超越离合器制动原因制动方式（3）制动装置制动实例运动部件摩擦离合器电磁线圈铁心（3）制动装置制动实例运动部件摩擦离合器电磁线圈铁心7、滚珠丝杠副的密封与润滑（2）密封（1）润滑螺母îíì非接触式：迷宫式接触式：毛粘一般采用脂润滑或滴油润滑。7、滚珠丝杠副的密封与润滑（2）密封（1）润滑螺母îíì非1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套伸缩套管丝杠ïîïíì折叠密封套伸缩套管伸缩挡板1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套伸缩套管丝杠ï单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副。8、滚珠丝杠副的选择方法（1）结构的选择单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副。双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副。单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副。8、滚珠丝杠副的选择方法（1）（2）结构尺寸的选择公称直径d0300丝杠工作长度>d基本导程Ph

Ph应按承载能力及传动精度、传动速度选取；在满足数控机床加工精度的条件下，导程应尽可能取大些。（2）结构尺寸的选择公称直径d0300丝杠工作长度>d基（3）选择步骤最大工作载荷Fmax（N）或平均工作载荷Fcp；使用寿命T；丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）l（m）；丝杠的转速n（或平均转速ncp）（r/min）；滚道硬度HRC和运转情况。已知条件：（3）选择步骤已知条件：式中：

L----滚珠丝杠寿命系数T---使用寿命时间（h）普通机械为5000-10000;数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为15000;航空机械为1000。①承载能力选择式中：

L----滚珠丝杠寿命系数T---使用寿命时fw---载荷系数

fH----硬度系数

Fmax----最大工作载荷fw---载荷系数

fH----硬度系数

F产生失稳的临界负载FK：式中：②压杆稳定性核算丝杠的支承方式系数fK----丝杠两端支承距离lS----丝杠材料弹性模量；E----丝杠小径）截面惯性矩=ddII----242(64π支承方式fK双推-双推4单推-单推1双推-简支2双推-自由式0.25产生失稳的临界负载FK：式中：②压杆稳定性核算丝杠的支承③刚度的验算丝杠材料弹性模量；E----式中：丝杠小径）截面惯性矩=ddII----242(64π丝杠的最小截面积；A----扭矩。T----③刚度的验算丝杠材料弹性模量；E----式中机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：四、齿轮传动部件机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：四、齿轮传动部件轮系的类型轮系定轴轮系空间定轴轮系平面定轴轮系行星轮系谐波齿轮轮系的类型轮系定轴轮系空间定轴轮系平面定轴轮系行星轮系谐作用：转矩、转速和转向的变换器。作用：转矩、转速和转向的变换器。（1）在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间位移,转矩,转速的匹配要求。不但要求其具有足够的刚度,还要求其转动惯量尽量小,以便在同一驱动功率时,加速度响应最大。（2）在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。（3）齿轮的啮合间隙会造成传动死区(失动量)，若该死区是在闭环系统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以1～5倍间隙而进行的低频振荡。

1、传动比的最佳匹配选择

（1）在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间位移,图中：Jm——电动机M的转子的转动惯量； θm——电动机M的角位移；JL——负载L的转动惯量；θL——负载L的角位移；TLF——摩擦阻抗转矩；i——齿轮系G的总传动比。

电机、传动装置和负载的传动模型图中：电机、传动装置和负载的传动模型通常选择相等的各级传动比。2、各级传动比的最佳分配原则（1）重量最轻原则i1=i2=i3=…=

回曲式齿轮传动链小功率传动装置通常选择相等的各级传动比。2、各级传动比的最各级传动比表现为“前大后小”的传动比分配方式。

大功率传动装置两级传动比曲线 （i<10时,使用图中的虚线）

大功率传动装置各级传动比表现为“前大后小”的传动比分配方式。大功率传动装置三级传动比曲线（i<100时,使用图中的虚线）

例设n＝3,i＝202,求各级传动比。解查图可得i1≈12，i2≈5，i3≈3.4

大功率传动装置三级传动比曲线例设n＝3,i＝202,求各级（2）输出轴转角误差最小原则以四级齿轮减速传动链为例（2）输出轴转角误差最小原则以四级齿轮减速传动链为例该传动链输出轴的总转动角误差ΔΦmax为

如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列,则总转角误差较小。该传动链输出轴的总转动角误差ΔΦmax为（3）等效转动惯量最小原则电动机驱动的两级齿轮传动小功率传动装置（3）等效转动惯量最小原则电动机驱动的两级齿轮传动小功率等效到电机轴上的总转动惯量为：等效到电机轴上的总转动惯量为：则有

式中：

i1、i2——齿轮系中第一、第二级齿轮副的传动比；

I——齿轮系总传动比,i=i1

i2。

则有同理,对于n级齿轮系,则有

结论：传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则。

同理,对于n级齿轮系,则有大功率传动装置确定传动级数曲线传动比分配的基本原则仍符合“前小后大”。

大功率传动装置大功率传动装置确定传动级数曲线传动比分配的基本原大功率传动装置确定第一级传动比曲线大功率传动装置确定第一级传动比曲线大功率传动装置确定各级传动比曲线

大功率传动装置确定各级传动比曲线

（1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴转角误差最小原则设计。（2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小原则设计。（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量最小原则设计。原则的选定原则的选定3、谐波齿轮传动组成（1）工作原理3、谐波齿轮传动组成（1）工作原理特点工作原理三波传动刚轮柔轮双波传动滚轮转臂特点工作原理三波传动刚轮柔轮双波传动滚轮转臂刚轮1柔轮2波发生器H谐波减速器刚轮1柔轮2波发生器H谐波减速器（2）传动比的计算（2）传动比的计算谐波齿轮减速器的标注方法例如，XBD100-125-250-Ⅱ

柔轮小径为100mm，传动比为125，输出转矩为250Nm，精度等级为普通级，卧式双轴伸出型谐波减速器。谐波齿轮减速器的标注方法例如，XBD100-125-25圆柱齿轮传动4、齿轮传动间隙的调整方法（1）偏心套调整法（2）轴向垫片调整法（3）双片薄齿轮错齿调整法斜齿轮传动双片薄齿轮错齿调整法圆柱齿轮传动4、齿轮传动间隙的调整方法（1）偏心套调整法（1）偏心套（轴）调整法特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。偏心套电机减速箱小齿轮大齿轮（1）偏心套（轴）调整法特点：偏心套电机减速箱小齿轮大齿轮（2）轴向垫片调整法特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。小齿轮大齿轮垫片（2）轴向垫片调整法特点：小齿轮大齿轮垫片周向弹簧式1-短柱；2-弹簧；3、4-薄片齿轮（3)双片薄齿轮错齿调整法周向弹簧式1-短柱；（3)双片薄齿轮错齿调整法左侧薄片齿轮左侧薄片齿轮右侧薄片齿轮特点：这种调整法结构较复杂，传动刚度低，不宜传递大扭矩，对齿轮的齿厚和齿距要求较低，可始终保持齿侧无间隙啮合，尤其适用于检测装置。

右侧薄片齿轮特点：可调拉簧式薄片齿轮薄片齿轮凸耳弹簧螺母螺钉可调拉簧式薄片齿轮薄片齿轮凸耳弹簧螺母螺钉(4)斜齿轮传动垫片错齿调整法特点：结构比较简单，调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮垫片(4)斜齿轮传动垫片错齿调整法特点：薄片齿轮薄片齿轮宽齿轴向压簧错齿调整法调整螺母弹簧薄片齿轮宽齿轮特点：齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构欠紧凑。轴轴向压簧错齿调整法调整螺母弹簧薄片齿轮宽齿轮特点：轴机电一体化系统中，常用的挠性传动部件：五、挠性传动部件机电一体化系统中，常用的挠性传动部件：五、挠性传动部件特点

1、同步齿形带传动

（1）传动比准确，传动效率高；（2）工作平稳，能吸收振动；（3）不需要润滑，维护保养方便；（4）中心距要求严格，安装精度要求高；（5）制造工艺复杂，成本高。特点1、同步齿形带传动（1）传动比准确，传动效率高；结构1-带背，2-强力层，3-包布层，4-带齿。

包布层材料：尼龙布

带齿材料：氯丁橡胶为基体

强力层材料：钢丝，玻璃纤维，芳香族聚酰胺纤维（芳纶）结构1-带背，2-强力层，3-包布层，4-带齿

特点:钢带与带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大；无滑