第2章 机械系统设计
2.1 概述 2.2 传动机构的设计 2.3 支撑部件的设计 2.4 数控机床的机械结构
2.1 概 述
为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，通 常对机电一体化系统提出以下要求： (1)高精度 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品， 其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都 有很大的提高，因此机电一体化机械系统的高精度 是其首要的要求。如果机械系统的精度不能满足要 求，则无论机电一体化产品其它系统工作怎样精确， 也无法完成其预定的机械操作。
谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十~ 几百)、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动 平稳、承载能力强、效率高等优点，故在工业机 器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到 广泛的应用。
1 谐波齿轮传动的工作原理
2.2.2、谐波齿轮传动
谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内 齿的刚轮l、具有外齿的柔轮2和波发生器3。通 常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动 件，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔 时，由于前者的总长度略大于后者的内孔直径， 故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两端产生 了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭 圆短轴两端，两轮轮齿则完全脱开。至于其余各 处，则视柔轮回转方向的不同，或处于啮合状态， 或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔 轮长短轴的位置不断交化，从而使轮齿的啮合处 和脱开处也随之不断变化，于是在柔轮与刚轮之 间就产生了相对位移，从而传递运动。
irHg
r H g H
zg zr
式生中器：的角速g、度；、r H分别为刚轮、柔轮和波形发
z、g z分r 别为刚轮和柔轮的齿数。
(1) 当柔轮固定时， r ，0 则
irHg
0H g H
zg zr
g 1 zr zg zr
H
zg
zg
iHg
H g
zg zg zr
2.2.2、谐波齿轮传动
(2) 当刚轮固定时， g ，0 则
2.2.1 齿轮传动
(5) 锥齿轮传动 (a) 轴向压簧调整法 轴向压簧调整法原理如图，
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l之间的齿 侧间隙。
2.2.1 齿轮传动
(b) 周向弹簧调整法
将与锥齿轮3啮合的齿轮 做成大小两片(1、2)，在
12
大片锥齿轮1上制有三个
3
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 8
上，另一端顶在镶在槽8 7 中的镶块4上。止动螺钉6 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， 5
从而达到消除间隙的目的。 4
2.2.2、谐波齿轮传动
2.2.2、谐波齿轮传动
在波发生器转动一周期间，柔轮上一点变形的 循环次数与波发生器上的凸起部位数是一致的， 称为波数。常用的有两波和三波两种。为了有利 于柔轮的力平衡和防止轮齿干涉，刚轮和柔轮的 齿数差应等于波发生器波数(即波发生器上的滚轮 数)的整倍数，通常取为等于波数。
三、谐波齿轮传动
2 谐波齿轮传动的传动比计算
2.1 概 述
(2) 快速响应性 即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定 的任务之间的时间间隔短，这样控制系统才能及 时根据机械系统的运行状态信息，下达指令，使 其准确地完成任务。
(3) 良好的稳定性 即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响， 抗干扰能力强。
2.2 传动机构的设计
2.2.1 齿轮传动 2.2.2 谐波齿轮传动 2.2.3 同步带传动 2.2.4 滚珠丝杠副传动
上，并将电机2安装在偏心套1(或偏
2.2.1 齿轮传动
1 齿轮传动间隙的调整方法
(1)中心距调节法
如右图所示，将相互啮合 的一对齿轮中的一个齿轮4 装在电机输出轴上，并将电 机2安装在偏心套1(或偏心 轴)上，通过转动偏心套(偏 心轴)的转角，就可调节两 啮合齿轮的中心距，从而消 除圆柱齿轮正、反转时的齿 侧间隙。特点是结构简单， 但其侧隙不能自动补偿。
(3) 双片薄齿轮错齿调整法
这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另 一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧 和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右 两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。
34 56 7
2
1 3
12
4 3
2.2.1 齿轮传动
(4) 斜齿轮传动 消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整 法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮 啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小 段距离，这样它的螺旋线便错开了。
irHg
r H 0 H
zg zr
iHr
H r
zr zr zg
r 1 zg zr zg
H
zr
zr
设 zr 200、 z g 202
当柔轮固定时， iHg 101
当柔轮固定时 iHr 100
2.2.2、谐波齿轮传动
3. 谐波齿轮减速器产品及选用 常见的谐波齿轮减速器标记代号如下图
2.2.1 齿轮传动
1、齿轮传动系统的总传动比及其分配 最佳总传动比 ：等效负载转矩最小或负载加速度
最大的总传动比，即为最佳总传动比 。单级传 动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大 会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。因此，总传 动比要进行分级分配，并在各级之间分配传动比。 传动比分配原则如下：
最小等效转动惯量原则： 重量最轻原则 输出轴转角误差最小原则
2.2.1 齿轮传动
2 齿轮传动间隙的调整方法
(1)中心距调节法
如右图所示，将相互啮合 的一对齿轮中的一个齿轮4 装在电机输出轴心轴)上， 通过转动偏心套(偏心轴)的 转角，就可调节两啮合齿轮 的中心距，从而消除圆柱齿 轮正、反转时的齿侧间隙。 特点是结构简单，但其侧隙 不能பைடு நூலகம்动补偿。
2.2.1 齿轮传动
(2) 轴向垫片调整法 如右图所示，齿轮1和2相啮合，
其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有 锥度，这样就可以用轴向垫片3 使齿轮2沿轴向移动，从而消除 两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向 垫片3的厚度应使得齿轮1和2之 间既齿侧间隙小，运转又灵活。 特点同偏心套(轴)调整法。
2.2.1 齿轮传动