chap机械系统部件的选择与设计

3.1.机械系统部件的设计要求3.2.机械传动部件的选择与设计3.3.导向支承部件的选择与设计3.4.旋转支承的选择与设计3.5.轴系部件的选择与设计3.6.联轴器选择3.7.机电一体化系统(产品)的机座或机架3.8.机电一体化系统传动系统设计实例第三章机械系统部件的选择与设计3.1.机械系统部件的设计要求第三章机械系统部件的选择与设计▲机电一体化系统对机械系统要求：较高的定位精度，良好的动态响应特性(响应要快、稳定性要好)。▲典型机电一体化系统通常包括：控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件和检测传感部件等。机械系统的组成4(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、减小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。(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。

▲对机械系统要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。采取以下措施：53.2.1.机械传动部件及其功能要求▲机械传动部件主要功能：传递转矩和转速。

机械传动部件是（转矩、转速）变换器，使执行元件与负载在转矩与转速得到最佳匹配。▲机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚度和传动可靠性对系统的精度、稳定性和快速响应性有影响。▲设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。3.2.机械传动部件的选择与设计机械传动（棉绳索、麻绳索、涤纶绳索、钢丝绳索）（V带传动、平带传动、同步带传动、多楔带传动）带传动绳传动（定传动比和变传动比摩擦轮、定传动比摩擦轮又分圆柱平、圆柱槽和圆锥摩擦轮）摩擦轮传动齿轮传动（短节距滚子链、双节距滚子链、链传动套筒链、重载传动用弯板滚子链、齿形链、销合链、无级变速链）螺旋传动（滑动螺旋传动、滚动螺旋传动）谐波传动（波发生器+柔轮+刚轮）多点啮合柔性传动摩擦传动啮合传动（直齿、斜齿、人字齿、曲线齿）3.2.1.1.齿轮传动机构的分类和特点1.分类

按照两轴间的相对位置，齿轮机构可分为：平面齿轮机构用于传递两平行轴之间的运动和动力；空间齿轮机构用于传递空间两相交或两交错轴间的运动和动力；

平面齿轮机构外形呈圆柱形，称为圆柱齿轮传动或平行轴齿轮传动。轮齿排列在圆柱外表面轮齿排列在圆柱内表面内啮合齿轮机构外齿轮直径无穷大时外啮合齿轮机构齿轮齿条机构按照轮齿在圆柱体上排列方向的不同，外齿轮又可分为直齿圆柱齿轮机构斜齿轮直齿轮斜齿圆柱齿轮机构人字齿轮机构传递两交错轴间的运动交错轴斜齿轮机构传递两相交轴间的运动直齿锥齿轮曲线齿锥齿轮常用的齿轮机构是定传动比机构，但非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。压力机自动机床转位机构2.齿轮传动机构特点①传动比准确、传动平稳②圆周速度范围大（高达300m/s）③传动功率范围大（几瓦～10万千瓦）④效率高(η0.98)、使用寿命长、工作安全可靠⑤可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。缺点：制造和安装精度高，加工成本高、不宜远距离传动3.2.1.2.蜗轮蜗杆传动机构蜗轮蜗杆传动特点：(1)速比大(2)传动平稳(3)有自锁作用(4)效率低

蜗轮蜗杆传动速比i=n1/n2=z2/z1圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条挠性的闭合链条所组成的。依靠链和链轮轮齿的啮合而传动，无弹性滑动与打滑现象。3.2.1.3.链传动机构链传动特点：1)瞬时传动比不恒定，但能保证准确的平均速比。2)可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。3)传动效率高、链轮轴径向压力较小、结构较紧凑、安装精度要求低；4）铰链易磨损，使链条的节距变大，造成脱链现象。

链传动适宜平行轴同向回转传动，不宜在载荷变化大场合使用。3.2.1.4.带传动机构带传动是用挠性传动带做中间体而靠摩擦力工作的一种传动。带传动的速比计算公式为：

i

＝n1/n2＝D2/D1带传动的特点：1)可用于两轴距离较远的传动；2)带本身具有弹性，可以缓和冲击和振动，传动平稳，无噪声；3)当机器过载时，带在轮上打滑；4)结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后易更换；5)结构不够紧凑；6)不能保证准确的传动速比；7)需要施加张紧力，轴及轴承受到的不平衡径向力较大；8)带的寿命较短；16机器人关节

同步带传动3.2.1.5.平面连杆机构的类型和应用1、平面四杆机构的基本型式和应用连架杆——与机架相联的构件机架——固定不动的构件连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件曲柄——能够绕机架作整周转动的连架杆摇杆——只能作往复摆动的连架杆不同类型的四杆机构均可看作是由几种基本型式派生出来。对于铰链四杆机构，按两连架杆运动形式，可分为三种基本型式：

、双摇杆机构曲柄摇杆机构、双曲柄机构（1）曲柄摇杆机构特征：作用：将曲柄的整周回转运动转变为摇杆的往复摆动搅拌机构

两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆通常曲柄为原动件，作匀速转动；摇杆为从动件，作变速往复摆动。雷达天线俯仰机构（2）双曲柄机构特征:作用：将等速回转转变为等速或变速回转惯性筛双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行连杆作平动AB=CDBC=AD摄影平台升降机构天平机构（3）双摇杆机构特征：应用举例：鹤式起重机特例：等腰梯形机构——

汽车转向机构

两连架杆均为摇杆2.平面连杆机构的特点

1.优点:杆状构件,可以传递较远距离的动作低副,可以承受很大的载荷曲线形式的多样性运动形式的多样性

2.缺点:产生惯性力;设计较困难

凸轮机构的适用场合广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线。

凸轮机构的优点结构简单、紧凑、工作可靠，可以使从动件准确实现各种预期的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。

凸轮机构的缺点凸轮轮廓与从动件之间是高副接触，易于磨损。内燃机配气凸轮机构自动机床进刀凸轮机构

凸轮机构的组成

凸轮、从动件和机架。

3.2.1.6凸轮机构24动力源被驱动装置接头接头钢丝软轴软抽传动机构用于两个传动机件的轴线不在同一直线上，或彼此要求有相对运动的传动;

可以弯曲地绕过各种障碍件，远距离传递回转运动;

适合于受连续冲击的场合，也适用于高速、小转矩的场合.3.2.1.7.钢丝软轴3.2.1.8.摩擦轮传动摩擦传动机构利用接触面间的摩擦力传递运动和动力。圆柱平摩擦传动机构圆柱槽摩擦传动机构圆锥摩擦轮机构滚轮圆盘式摩擦传动机构26

▲一种传动机构可满足一项或同时满足几项功能要求。常用传动机构及其功能27机电一体化技术的发展对传动机构提出三方面要求：

(1)精密化：对某种机电系统(产品)，提出适当的精密度要求；

(2)高速化：产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关；

(3)小型、轻量化：随着机电