机电一体化05

•3.4谐波齿轮传动机电工程系机械工程教研室谐波齿轮传动也是利用行星轮系传动的原理发展起来的一种新型传动，它由三个基本构件组成：即波发生器、刚轮和作为柔轮的中间挠性体，由于在传动过程中，柔轮产生的弹性变形波近似于谐波，故称之为谐波齿轮传动，常用的是双波和三波两种，其波发生器如下图：双波传动三波传动•3.4谐波齿轮传动机电工程系机械工程教研室一、工作原理若刚轮１固定，外装柔性轴承4、波发生器3装入柔轮2，使原为圆环形的柔轮产生弹性变形。柔轮长轴两端的齿与刚轮齿槽完全啮合，而柔轮短轴两端的齿与刚轮齿完全脱开，长轴与短轴间的齿则逐步啮入和啮出。当高速轴带动相当于系杆Ｈ的波发生器凸轮和柔性轴承连续转动时，柔轮上原来与刚轮啮合的齿对逐渐啮出、脱开、啮入、啮合，这样柔轮就相对刚轮沿着与波发生器相反的转向低速旋转自转），通过低速轴输出运动。若将柔轮固定，由刚轮输出运动。其工作原理相同，只是刚轮输出运动的转向与波发生器的转向相同。机电工程系机械工程教研室谐波齿轮传动过程机电工程系机械工程教研室谐波齿轮传动特点：１）传动比大单级谐振动波齿轮传动的传动比为50～500，多级和复式传动的传动比更大，可达30000以上。２）承载能力大传递额定输出转矩时，谐波齿轮传动同时接触的齿对数可达总对数的３０％～４０％以上。３）传动精度高在同样制造条件下，谐振动波齿轮的传动精度比一般齿轮的传动精度对至少高一级。齿侧间隙可调整到最小，以减少传动回差。机电工程系机械工程教研室４）传动平稳基本上无冲击振动。5）传动效率高单级传动的效率为65%～90%.6）结构简单、体积小，重量轻在传动比承载能力相同的条件下，谐波齿轮减速器比一般齿轮减速器的体积和重量减少1／2～1／3。７）成本高柔轮材料能要求高，制造较困难，精度高。•3.4谐波齿轮传动机电工程系机械工程教研室XB1单级谐波传动减速器组件外形图•3.4谐波齿轮传动机电工程系机械工程教研室•3.4谐波齿轮传动机电工程系机械工程教研室XB1单级谐波传动减速器外形图机电工程系机械工程教研室二、单级谐波齿轮传动比计算谐波齿轮传动是行星传动的一种变型。波发生器相当于行星轮系的转臂（Ｈ），柔轮（Ｒ）相当于行星轮，而刚轮（Ｇ）相当于中心轮内齿圈。单级谐波齿轮传动比计算有两种基本情况：一种是刚轮固定，波发生器输入、柔轮输出，传动比为：二种是柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出，传动比为：RGRZZZGHRiRGGZZZRHGi机电工程系机械工程教研室三、谐波齿轮传动主要参数设计计算1、齿形谐波齿轮的齿形主要有渐开线和三角形两种。由于制造方便，渐开线齿形应用较广。基准齿形角有20°、25°、28°36′、30°等。20°齿形角可沿用标准刀具，应用较广。渐开线谐波齿轮传动与渐开线少齿差行星齿轮传动的工作条件极为相似，为防止啮合干涉，除用短齿外，要采取径向变位。对于采用非标准柔无性繁殖轴承的凸轮波发生器、圆盘波发生器和滚轮波发生器的谐波齿轮传动，柔轮和刚轮的变位系数XR和XG可按下式计算：机电工程系机械工程教研室)1()04.085.0/()35.1(0031RGRRXXZX式中ZR——柔轮齿数；——径向变形量系数，一般取0.8～1.2。0其他有关齿形的因素有：（1）齿廓工作段高度hn一般取hn=（1.3～1.6）m（m为齿轮模数）。（2）齿顶不变尖保证齿顶厚Sα≥0.25m。（3）保证顶隙顶隙不小于0.2m。（4）不产生过渡曲线干涉和其他啮合干涉（包括加工干涉）。机电工程系机械工程教研室2、柔轮内径对于渐开线齿形的谐波齿轮传动，在恒定载荷、长期寿命的工作条件下，柔轮内径d可用下式计算)()/31(456.031mmiEYTddbdHRdzr式中Tr——柔轮输出轴上的负载转矩（N·mm）；E——柔轮材料弹性模量，钢材一般取E=2.1×105MPa；Yz——轮齿影响系数，窄齿槽（根圆齿槽大大小于齿厚）Yz=1.35～1.5；宽齿槽（根圆齿槽接近或大于齿厚，如柔轮每隔一个齿抽去一个齿）Yz=1.2～1.3取值范围中，小传动比时取大值；机电工程系机械工程教研室——柔轮壁厚系数，=δ/d=0.012～0.015(δ为柔轮节圆至内孔的厚度)，传动比大（i＞150）及承得载荷时取大值；——齿宽系数，=b/d（b为柔轮宽度），功率传动时=0.15～0.2，i＞150时取大值；运动传递时=0.1～0.15；dbd——疲劳强度许用应力。1机电工程系机械工程教研室对于通用的谐波齿轮减速器可用下列经验公式计算柔轮内径d:31)/(TrdrTd式中—经验系数，一般取=0.1～0.3（N/mm2）Trd机电工程系机械工程教研室四、谐波齿轮传动的刚度特性图3－60所示为谐波齿轮传动的刚度特性曲线示例。横坐标ψ为波发生器被制动时从动轴的转角，纵坐标Ｔ为从动轴上的转矩。正向加载→正向卸载→反向加载→反向卸载的曲线为正封闭形，其所包容的面积大小取决于啮合过程中的齿廓摩擦和波发生的摩擦，以及变形材料特别是柔轮村料内阻尼的大小。在总扭转刚度中，从动轴刚度约占55%，波发生器刚度约占27%，柔轮刚度约占18%.刚度曲线为一连续函数，在自动控制系统中进行补偿较为方便，提高谐波齿轮传动精度时应予以考虑。机电工程系机械工程教研室3.5滚珠螺旋传动1234滚珠丝杠副的组成:由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚动元件滚珠/滚柱、回珠装置等组成。机电工程系机械工程教研室3.5滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动。螺母上装有返向器。与螺纹滚道构成滚珠的循环通道，为使滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。机电工程系机械工程教研室滚珠螺旋传动特点：1）传动效率高一般滚珠丝杠副的传动效率达85%～98%，为滑动丝杠副的3～4倍。2）运动平稳滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别很小。启动时无冲击，低速时无爬行。3）能够预紧预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。4）工作寿命长滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度（HRC58～62）、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。寿命约为滑动丝杠副的4～10倍以上。机电工程系机械工程教研室5）定位精度和重复定位精度高由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙，通过预紧进行预拉伸的补偿热膨胀。因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。6）同步性好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。7）可靠性高润滑密封装置结构简单维修方便。8）不自锁用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。9）经济性差成本高由于结构工艺复杂，故制造成本较高。价格往往以mm计。机电工程系机械工程教研室一、滚珠丝杠副的结构类型（一）螺纹滚道法向截面形状螺纹滚道法向截面形状有单圆弧和双圆弧两种，如图所示。滚道沟曲率半径R与滚球直径DW之比为R/DW=0.52～0.56。单圆弧型要有一定的径向是隙，使实际接触角a≈45°双圆弧型的理论接触角a=38°～45°实际接触角随径向间隙和载荷而变。主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整与预紧方式三种形式进行分类。机电工程系机械工程教研室bba)单圆弧型滚道bb)双圆弧型滚道b机电工程系机械工程教研室单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。机电工程系机械工程教研室（二）滚珠循环方式1、内循环滚珠在循环过程中始终于丝杠表面接触，称为内循环。在螺母1孔内的接通相邻滚道的反向器3，引导滚珠4越过丝杠2的螺纹外径进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在一个螺母上装有2～4个均匀分布的反向器，称为2～4列。内循环结构回路短，摩擦小，效率高，径向尺寸小。但精度要求高，否则误差对循环的流畅性和传动平稳性有影响。机电工程系机械工程教研室24315浮动式反向器内循环方式机电工程系机械工程教研室2、外循环滚珠在循环过程中，有一段离开线杠表面，称为外循环。弯管2两端插入与螺纹滚道相切的孔内，弯管两端部引导滚珠4进出弯管，形成一个循环回路再用压板1将弯管固定。可做在多列，提高承载能力。插管式外循环结构简单制造容易，但径向尺寸大，且弯管两端管舌耐磨性和抗冲击性能差。机电工程系机械工程教研室14324插管式外循环端盖式外循环机电工程系机械工程教研室无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，由于在结构上均存在一定的轴向间隙，以及磨损间隙的存在，为了保证运动传递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并实施一定预紧，有利于提高丝杠的传递精度和一定的承载能力。消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：主要分为双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整四种方式。（三）预紧方式机电工程系机械工程教研室机电工程系机械工程教研室（三）预紧方式1、单螺母变位导程预紧（B）如图形3-67所示，在螺母体内将两个闭式滚珠链中间过渡区域内整数倍的基本导程nPh变为机电工程系机械工程教研室2、单螺母增大钢球直径预紧（Z）滚道截面须为双圆弧，预紧力不可太大，结构最简单，但预紧力大小不能调整机电工程系机械工程教研室3、双螺母垫片预紧（D）如图3-69所示，修磨垫片厚度，使两螺母的轴向距离改变。图3-69a为拉伸预紧，使用较多。图3-69b为压压缩预紧。垫片预紧刚度高，但高速不便，不能随时调隙预紧。机电工程系机械工程教研室4、双螺母螺纹预紧（L）如图3-70所示，调整圆螺线使丝杠右螺母向右，产生后伸预紧。高速方便，但预紧量不易掌握。机电工程系机械工程教研室5、双螺母齿差预紧（C）如图3-71所示，两螺母端面分别加工出齿数为的内齿圈，分别与双联齿轮啮合。一般若两螺母同向各转过一个齿，则两螺母的相对轴向位移为为导程。）调整精确方便，但结构较复杂。机电工程系机械工程教研室图3-72所示为双螺母对旋预紧，原理与齿差预紧相同，只要将两螺母相对反向旋紧，就可产生压缩预紧。预紧后在中间隔圈上配打防松定位销。机电工程系机械工程教研室二、滚珠丝杠副的精度•滚珠丝杠副根据使用范围及要求分为七个精度等级，即1、2、3、4、5、7、10级，1级最高依次递减。•根据使用范围，滚珠丝杠副可分为定位P类和传动T类。具体精度项目分三类。（一）行程偏差和行程变动量行程偏差按表3-25的规定逐项检验机电工程系机械工程教研室机电工程系机械工程教研室有效行程按下式计算：式中——丝杠螺纹全长；——余程，见表3－26。el1lul)(21mmllleu机电工程系机械工程教研室（二）跳动和位置公差跳动和位置公差项目有：滚珠丝杠螺纹外径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳支、滚珠丝杠支承轴颈对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动、滚珠丝杠支承轴颈肩面对丝杠螺纹轴线的圆跳动、有预加载荷的滚珠螺母安装端面对螺丝方轴线的圆跳动、有预加载荷的滚螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向跳动、有预加载荷的滚珠螺母定位杠螺纹轴线的平行度等。从有关标准表中可查得按规定的测试方法、精度等级、公称直径、多次测量间隔、螺母直径等参数的允差。机电工程系机械工程教研室(三)性能检验性能检验项目有：动态预紧转矩极偏差、轴向接触刚度等。按规定的测试方法、精度等级和有关参数从相应标准表中求得允差。机电工程系机械工程教研室三、滚珠丝杠副的尺寸与代号机电工程系机械工程教研室机电工程系机械工程教研室滚珠丝杠副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征，按下列格式编写：机电工程系机械工程教研室四、滚珠丝杠的支承结构形式滚珠丝杠副的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其次才是径向约束。1、单支承形式（1）双向推力固定（F）可用双向圆