机电一体化教案与PPT3Word下载.doc

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对于闭环控制系统，齿轮传动装置完全在伺服回路中，给系统增加了惯性环节，其性能参数将直接影响整个系统的稳定性。

无论是开环还是闭环控制，齿轮传动装置都将影响整个系统的灵敏度（响应速度），从这个角度考虑应注意减少摩擦、减少转动惯量，以提高传动装置的加速度。

特别是当传动机构有自动变向功能时，会使运动反向时滞后于指令信号，造成反向死区也会影响传动精度和系统的稳定性。

所以为了提高系统的传动精度，必须采取措施消除齿轮机构的齿侧间隙，保证齿轮的双向传动精度。

下面介绍几种消除齿轮间隙的方法。

一、直齿圆柱齿轮传动机构

1、偏心轴套调整法

图3-1所示为最简单的偏心轴套式消隙结构。

电动机2通过偏心轴套1装在壳体上。

转动偏心轴套l可以调整两啮合齿轮的中心距，消除直齿圆柱齿轮传动的齿侧间隙及其造成的换向死区。

这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。

图3-1偏心轴套式消隙结构

2、双片薄齿轮错齿调整法1－偏心轴套2－电动机

图3-2所示为双片齿轮周向可调弹簧错齿消隙结构。

两个啮合的直齿圆柱齿轮中一个采用宽齿轮，另一个由两片可以相对转动的薄片齿轮组成。

装配时使一片薄齿轮的齿左侧和另一片的齿右侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，通过两薄片齿轮的错齿，消除齿侧间隙，反向时也不会出现死区。

如图3-2所示，两薄片齿轮1、2上各装入有螺纹的凸耳3、4，螺钉5装在凸耳3上，螺母6、7可调节螺钉5的伸出长度。

弹簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺钉5上。

转动螺母7（螺母6用于锁紧）可改变弹簧8的张力大小，调节齿轮1、2的相对位置，达到错齿。

双片齿轮错齿法调整间隙，在齿轮传动时，由于正向和反向旋转分别只有一片齿轮承受扭矩，因此承载能力受到限制，并有弹簧的拉力要足以能克服最大扭矩，否则起不到消隙作用，这种方法称为柔性调整法，它适用于负荷不大的传动装置中。

这种结构虽然结构复杂，但是装配好后，齿侧间隙自动消除（补偿），可始终保持无间隙啮合，是一种常用的无间隙齿轮传动结构。

图3-2圆柱薄片齿轮错齿调整图3-3斜齿薄片齿轮垫片调整

1、2－薄片齿轮3、4、9－凸耳1－斜齿轮2－垫片3、4－薄片斜齿轮

5－螺钉6、7－螺母8－弹簧

二、斜齿轮传动机构

1、垫片调整法

垫片调整法与错齿调整法基本相同，两薄片斜齿轮之间的错位由两者之间的轴向距离获得。

图3-3中两薄片斜齿轮3、4中间加一垫片2，使薄片斜齿轮3、4的螺旋线错位，齿侧面相应地与宽齿轮1的左右侧面贴紧。

垫片的厚度H与齿侧间隙的关系为

（3-1）

式中，为螺旋角。

该方法结构简单，但在使用时往往需要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度才能达到要求，而且齿侧间隙不能自动补偿，并且承载能力小。

2、轴向压簧调整法

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轴向压簧调整法如图3-4所示。

该方法是用弹簧3的轴向力来获得薄片斜齿轮1、2之间的错位，使其齿侧面分别紧贴宽齿轮7的齿槽的两侧面。

薄片齿轮1、2用键4套在轴6上。

弹簧3的轴向力用螺母5来调节，其大小必须调整合适，压力过大会加快齿轮磨损，压力过小达不到消隙作用。

这种结构齿轮间隙能自动消除，能够保持无间隙的啮合，但它只适用于负载较小的场合。

而且这种结构轴向尺寸较大。

图3-4斜齿薄片齿轮轴向压簧调整

1、2－薄片齿轮3－弹簧4－键5－螺母6－轴7－宽齿轮

三、锥齿轮传动机构

锥齿轮同圆柱齿轮一样可用上述类似的方法来消除齿侧间隙。

1、轴向压簧调整法

如图3-5所示为锥齿轮轴向压簧调整法，在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5，其轴向力大小由螺母6调节。

锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。

图3-5锥齿轮轴向压簧调整图3-6锥齿轮周向弹簧调整

1、4－锥齿轮2、3－键5－压簧6－螺母7－轴1－大片锥齿轮2－小片锥齿轮3－锥齿轮4－镶块

5－弹簧6－止动螺钉7－凸爪8－槽

2、周向弹簧调整法

如图3-6所示，与锥齿轮3啮合的齿轮作成大小两片（1、2），在大片锥齿轮1上制有三个周向圆弧槽8，小片锥齿轮2的端面制有三个可伸入槽8的凸爪7。

弹簧5装在槽8中，一端顶在凸爪7上，另一端顶在镶在槽8中的镶块4上。

止动螺钉6装配时用，安装完毕将其卸下，则大小片锥齿轮1、2在弹簧力作用下错齿，从而达到消除间隙的目的。

四、齿轮齿条传动机构

齿条同侧齿廓为平行线,它在与齿定线平行的任一直线上具有相同齿距；

齿条直线齿廓上各点的压力角相同,等于直线齿廓的齿形角。

机电一体化系统中大行程传动机构往往采用齿轮齿条传动，齿轮齿条机构的特点是刚度、精度和工作性能不会因行程增大而明显降低，但也存在齿侧间隙，应消隙。

当传动负载小时，可采用类似于圆柱齿轮中的双片薄齿轮错齿调整法，通过错齿的方法消除间隙。

当传动负载大时，可采用双厚齿轮调整法。

如图3-7所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。

图3-7双齿轮调整

1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条

第二节滑动螺旋传动

螺旋运动是构件的一种空间运动，它由具有一定制约关系的转动及沿转动轴线方向的移动两部分组成。

组成运动副的两构件只能沿轴线作相对螺旋运动的运动副称为螺旋副。

螺旋副是面接触的低副。

螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式，螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和（或）动力的一种机械传动，可以方便地把主动件的回转运动转变为从动件的直线运动，其运动关系为

L=（3-2）

式中，L—螺杆（或螺母）的位移；

Ph—导程；

—螺杆和螺母间的相对转角。

根据用途不同，螺旋传动可以分为传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋；

根据摩擦性质的不同，可以分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压滑动摩擦螺旋传动。

一、滑动螺旋传动的特点

与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置（如曲柄滑块机构）相比，螺旋传动具有结构简单、传动比大、承载能力大和自锁等特点。

1、降速传动比大

螺杆（或螺母）转动一转，螺母（或螺杆）移动一个螺距（单头螺纹）。

采用螺旋副可以大大缩短机构的传动链。

螺旋传动结构简单、紧凑，传动精度高，工作平稳。

2、具有增力作用

只要给主动件（螺杆）一个较小的输入转矩，从动件即能得到较大的轴向力输出，因此带负载能力较强。

3、能自锁

当螺旋线升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。

4、效率低、磨损快

螺旋工作面为滑动摩擦，所以传动效率低（约30％～40％），磨损快，不适于高速和大功率传动。

5、低速或运动微调时会出现爬行现象。

由于滑动螺旋具有以上特点，所以滑动螺旋主要用在机床进给、定位等机构，如压力机、千斤顶的传力机构等。

二、滑动螺旋传动的形式及应用

滑动螺旋传动主要有以下两种基本型式。

1、螺母固定，螺杆转动并移动

如图3-8a所示，这种传动型式的螺母起着支承作用，简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，传动精度高。

但是轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度），刚性较差，仅适用于行程短的情况。

图3-8滑动螺旋传动的基本型式

2、螺杆转动，螺母移动

如图3-8b所示，这种传动型式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。

适用于工作行程较长的情况。

但是传动精度不如上一种，例如机床工作台的运动常采用这种方式。

图3-9差动螺旋原理

3、差动螺旋传动。

差动螺旋传动的原理如图3-9所示。

螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，导程分别为Ph1和Ph2。

当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

（3-3）

如果Ph1与Ph2相差很小，则L很小。

因此差动螺旋常用于各种微动装置中，如分度机构、测微机构等。

若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

（3-4）

可知，此时差动螺旋变成快速移动螺旋。

这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。

三、螺旋副零件与滑板联接结构的确定

螺旋副零件与滑板的联接结构对螺旋副的磨损有直接影响，设计时应注意。

常见的联接结构有下列几种：

图3-10刚性连接结构

1、刚性联接结构

图3-10所示为刚性联接结构，这种联接结构的特点是牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重（α、β较大）时还会发生卡住现象。

刚性联接结构多用于受力较大的